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Autoridades Instituto Emiliani Somascos Comunidad Somasca Obras Somascas en Guatemala
Lic. Raúl Hernández Chacón Director Técnico-Administrativo Instituto Emiliani Somascos
Lic. Henrry Caal Sub-director Instituto Emiliani Somascos
Lic. Juan Carlos Morales Coordinador Ácademico
Prof. David Subuyuj Coordinador Técnico
Armando Garcia Coordinación de Pastoral
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Perito en Electrónica y Dispositivos Digitales
Wilson Santos Asesor de Práctica Supervisada
Pablo Lopez Asesor de Práctica Supervisada
Raúl Jimenez Asesor de Práctica Supervisada
Ernesto Sabán Asesor de Práctica Supervisada
Wilmer Xicay Asesor de Práctica Supervisada
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Promoción 2022 Sexto Electrónica “A” Nombres
Apellidos
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Josué David
Antonio
•
Juan David
Arriola Zavala
•
Hernan Eduardo
Bámaca Chinchilla
•
Edwin Alejandro
Batzín Cambran
•
José Alejandro
Caballeros Torres
•
Margory Alejandra
Castro Jelist
•
Juan Pablo Emiliani
Chamalé Yumán
•
William Julian
Cholotío Tum
•
Christian Fernando
Contreras Ortega
•
Mayro Julian
De León Lechuga
•
Javier Alejandro
Figueroa Pérez
•
Christopher Manuel
Furlán Siliezar
•
Justin Eliab Abimael
García Solis
•
Natalie Rachel
González Andersons
•
Walter Emanuel
Gonzalez Loy
•
Anderson Stuard
Hernández Noriega
•
Kimberly Amarilis
Herrera Chun
•
Saulo Vladimir
Ixcoy Velásquez
•
Diego Alejandro
Jiménez Morales
•
Katherine Gabriela
Leal Meléndez
•
Stefany Sofía
Lemus Recinos
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Promoción 2022 Sexto Electrónica “B” Nombres
Apellidos
•
Sara Lucrecia
Locón Macario
•
Yuri Josue
López Galvez
•
Katherin Eunice
López Montesdeoca
•
Jose Ricardo
Martínez Gálvez
•
Allan Estuardo
Monroy Escobar
•
Cesar Eduardo
Moscoso Orellana
•
Eduardo Antonio
Ordoñez Méndez
•
Ioannes Jeshua
Oxcal Oxcal
•
Cristopher Armando
Pérez Illescas
•
Angel Andreé
Pocasangre Rosales
•
Diego Alessandro
Quiñonez Vela
•
Marlon Estuardo
Ramirez Utuy
•
Estefany Samantha
Rax Hernández
•
Jeferson Adolfo
Rosales Ortíz
•
José Andres
Sabán Orellana
•
Mario David
Sequén Quixal
•
Ramiro José
Soto Rodas
•
Dilan Orlando
Tejax Mendoza
•
Adolfo Laureano
Toc Tan
•
Pablo Alexander
Toj García
•
Lourdes Sarahí
Valle Sandoval
•
Jefferson Douglas Octavio
Velásquez Sanúm
•
Gustavo Rafael
Villagran Mérida
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Centenario Somasco en América El centenario somasco en América es la celebración de los 100 años de la presencia somasca. La llegada de los padres fue por tierra panameña, en la cual se celebró la primera misa, en honor al haber llegado a esta tierra bendita centroamericana. La humilde congregación de los religiosos somascos tiene su origen en la campaña de los servidores del pobre, sustanciada en la iglesia de Dios por San Jerónimo Emiliani bajo la acción del espíritu santo. Convertido a Dios y renovado profundamente por intercesión de Maria, en su ardiente deseo de seguir el camino del crucificado y de imitar a Cristo, su Maestro, se hizo pobre y se entregó, en cuerpo y alma, al servicio de los pobres Movido por la caridad divina, contagio a otros hombres, los cuales por amor del evangelio, se ofrecieron, junto a él, a Cristo Mediante el ejercicio de toda clase de obras de misericordia, nuestro ardentísimo Padre propuso, para sí y sus compañeros, un estilo de vida que mediante el servicio a los pobres, expresa su propia entrega a Cristo. Por eso, en los primeros tiempos, el pueblo lo llamó”padre de las obras y de los pobres”. De esta forma ya pasaron 100 años de la llegada de los religiosos a la región, los cuales están presentes en varios países de centroamérica, méxico y países del caribe.
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Introducción
La electrónica es una rama de la física aplicada que comprende la ingeniería, la física, la tecnología y las aplicaciones que tratan con la emisión, el flujo y control de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente en el vacío y la materia. Podemos desarrollarnos en varias áreas dependiendo de cuál es la que más nos interese o sea de nuestro agrado, ya que sus competencias permiten participar desde el invento o creación de algún producto hasta el monitoreo del funcionamiento. Este trata con los circuitos eléctricos que involucran componentes activos tales como transistores, diodos, circuitos integrados sensores entre otros, los cuales son asociados con componentes eléctricos pasivos y tecnologías de interconexión. La electrónica en la actualidad ha ido desarrollando una gran variedad de tareas, así como los circuitos electrónicos nos ofrecen diferentes funciones para poder procesar información, incluyendo la amplificación de las señales débiles hasta un cierto nivel capaz de utilizarse en ondas de radio, extracción de la información así como la recuperación de señal del sonido. Los principales usos que se les da a los circuitos electrónicos es el control, el procesado, la distribución de información, la conversión, y la distribución de energía eléctrica en el mundo.
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Justificación
Al llevar una gran variedad temas, estos se desordenan y se pueden olvidar así que este documento tiene el objetivo de llevar un orden de los temas vistos en todo 4to Perito en electrónica y dispositivos digitales. En el cual proyectamos la importancia de cada tema ya que estos nos ofrecerán una correcta manipulación y aplicación de las herramientas a nivel teórico y práctico.
Este método de recopilación de temas nos permite analizar y comprender punto a punto el contenido impartido en ese año. También ayuda al estudiante a buscar una relación entre la investigación y práctica para aplicarlo a la metodología de trabajo de la vida cotidiana, ya que no obtuvimos un acercamiento a las prácticas o a una situación cercana a la experiencia del trabajo, se considera importante un buen manejo de teorías, por lo cual recaudamos una cantidad de temas para que esto nos permite un mejor desarrollo
Este documento nos permite que cada estudiante tenga un mejor dominio del contenido impartido y así tener una mejor comprensión en temas que no quedaron totalmente claros o por el paso del tiempo se fueron olvidando, sabiendo que deberían estar todos lo temas comprendidos. para los catedráticos, también obtiene un reflejo de nuevas aptitudes y brindar versiones más aplicadas a cada punto de la carrera.
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Objetivos
1. Introducir al alumno en términos fundamentales, específicos y prácticos, para llevar un orden con cada uno de los temas para el estudio de cada concepto básico de la electrónica, obteniendo un aprendizaje puntual de la carrera. 2. Desarrollar en el estudiante una forma crítica de investigación para su proceso de estudio el cuál beneficiará a este en un futuro próximo. 3. Obtener un mejorado manejo de los conceptos adquiridos involucrados del área teniendo en claro cada uno de los términos electrónicos, desde un inicio hasta su punto auge como la historia de cada uno de los personajes importantes dentro de dicha área. 4. Contextualizar de una manera elocuente de cada tema y subtema para llegar a mejorar el comprendimiento de los mismos para que cada uno de los alumnos logre tener un mejor entendimiento de lo que ha estudiado hasta el momento. 5. Teniendo los puntos anteriores anteriormente establecidos, presentar un trabajo para poder tener la aprobación de los altos mandos de la institución 6. Enfocar el contexto de cada uno de los temas, teniendo un pensamiento crítico, parafraseando cada cuestión dada por los instructores del área técnica. 7. Emplear bien los conocimientos de los temas para que al momento de salir de la institución no pasar por malos momentos en el área laboral, para poder tener una excelente manipulación de los términos o temas dados con base a la electrónica.
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Temas Quinto Grado Electrónica Digital Capítulo I: Redes AC 1.1 Leyes y teoremas en circuitos AC con dispositivos mixtos 1.2 Resistencia 1.3 Capacitor 1.4 Bobinas 1.5 Diodos 1.6 Transistores 1.7 Estado Permanente 1.8 Ley de Ohm en AC 1.9 Circuitos en Serie 1.10 Circuitos en Paralelo 1.11 Circuito Delta 1.12 Circuitos Estrella 1.13 Leyes de Kirchhoff en AC 1.14 Ley de Mallas 1.15 Ley de Nodos 1.16 Teoremas de superposición en AC 1.17 Teorema de Thevenin y Norton
Capítulo II: Electrónica Digital 2.1 Sistemas numéricos 2.1.1 Binario 2.1.2 Octal 2.1.3 Hexadecimal 2.1.4 Decimal 2.2 Sistemas de Conversiones
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2.3 Operaciones básicas con sistemas numéricas 2.4 Algrebra Boole Y teorema de Morgan 2.5 Compuertas Lógicas y tablas de verdad 2.5.1 AND, OR, NOT 2.6 Estructura interna de las compuertas lógicas 2.7 Circuitos lógicos combinacionales 2.7.1 Mapas de Karnaugh 2.8 Diseño de circuitos combinacionales 2.9 Circuitos lógicos secuenciales 2.10 Flip-flops, tipos de flip-flops, simbología 2.11 Máquinas de estados 2.11.1 Máquina de Moore 2.11.2 Máquina de Mealy 2.12 Diseño de circuitos lógicos Secuenciales
Capítulo III: Microcontroladores y lenguajes de programación 3.1 Microcontrolador 3.2 Arquitectura del Microcontrolador 3.2.1 Arquitectura de Harvard 3.2.2 Arquitectura Von Neumann 3.3 Registros del microcontrolador 3.4 Tipos de microcontroladores 3.5 Lenguajes de programación 3.6 Síntesis de los diversos lenguajes de programación 3.7 Python 3.8 Instrucciones en Python 3.8.1 Funciones condicionales 3.8.1.1 Funciones if y if/else 3.8.1.2 Función Switch 3.8.1.3 Función Try 3.8.2 Funciones repetitivas 3.8.2.1 Funciones while 3.8.2.2 Funciones do 3.8.2.3 Funciones fo
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Capítulo IV: Amplificadores Operacionales 4.1 Características 4.2 Principales funciones 4.3 Configuraciones 4.3.1 Seguidor unitario 4.3.2 Amplificador inversor 4.3.3 Amplificador no inversor 4.3.4 Sumador inversor 4.3.5 Sumador no inversor 4.3.6 Comparador 4.3.7 Derivador 4.3.8 Integrador 4.4 Filtros activos 4.4.1 Filtros pasa bajos 4.4.2 Filtros pasa altos 4.4.3 Filtros pasa banda 4.4.4 Filtros rechaza banda 4.5 Filter Pro
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Quinto Grado Taller de Electrónica Digital y Reparacion de Computadoras
Capitulo I: Redes AC y Networking 1.1
Introduccion al análisis de circuitos en AC
1.1.1 Numeros Complejos 1.1.2 Impedancia compleja y notación fasorial 1.1.3 Circuito en serie y paralelo 1.1.4 Circuito RLC 1.1.5 Introduccion a redes 1.1.6 Networking 1.1.7 Protocolos de red 1.1.8 Modelos OSI 1.1.9 Conceptos básicos sobre redes 1.1.10 Direccion IP 1.1.11 Mascara de red 1.1.12 Puerta de enlace predeterminada 1.1.13 Servicios DNS 1.1.14 Red de área local(LAN) y redes de área amplia(WAN) 1.1.15 1.1.15
Medios Networking
1.1.16 1.1.16
Dispositivos de networkinh
Capitulo II: Electronica Digital 2.1
Componentes
2.1.1 Compuertas lógicas 2.1.2 Familias TTL y CMOS 2.2
Con lógica combinacional y secuencial
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2.2.1 Construccion y diseño de circuitos combinacionales y secuenciales 2.2.2 Flip-Flops 2.2.2.1 Flipflops tipo D, T, RS 2.2.2.2 Simulacion de circuitos combinacionales en proteus o multisim
Capitulo III: MICROCONTROLADORES 3.1
Microcontrolador
3.2
Características de un PIC
3.2.1 Microcode 3.2.2 Implementación de la sintaxis del programa en Microcode 3.2.3 Simulación en Proteus 3.3.3 Uso de módulos externos con Microcontrolador 3.3.4 Pantalla LCD (Liquid cristal display)
CAPITULO IV: Aplicaciones con microcntroladores 4.1
Uso de modulos Externos con PIC
4.2
PUENTE H
4.3
OPTOACOPLADORES
4.4
RELES DE ESTADO SOLIDO
4.5
MOTORES
4.5.1 MOTOR DC 4.5.2 SERVOMOTOR 4.5.3 MOTOR STEPPER 4.6
protocolos de transmision de datos
4.7
SISTEMAS DE ENTRADA DE DATOS y VISUALIZACION
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ELECTRONICA DIGITAL
Quinto Grado
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Capítulo I 1. Redes en AC Por: Josué David Antonio La corriente alterna es una corriente eléctrica que cambia periódicamente en magnitud y dirección. La forma de onda de corriente alterna más comúnmente utilizada es la forma de onda sinusoidal, porque captura la energía transmitida de manera más eficiente. Sin embargo, en algunas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, como triángulos o cuadrados. El valor instantáneo de la onda o señal Este valor se toma en el orden (voltaje o magnitud) en un momento dado, t. Este valor no es útil para cálculos y mediciones eléctricas, donde se utilizan valores RMS. Los artesanos, uno (t), voltaje, v (t) o corriente, I (t) se pueden indicar de acuerdo con sus estándares distintivos (ver imagen), ya que una función es una de las veces de acuerdo con la siguiente imagen que consiste en una onda senoidal:
Imagen: Ejemplo de una señal senoidal Fuente: https://goo.su/3YTU1
Partes de una onda senoidal •
A0 = amplitud en voltios o amperios (puede ser llamado valor máximo o mínimo pico)
•
ω = velocidad angular
•
t = periodo en segundos
•
β = ángulo de fase inicial en radiantes
➢ Periodo (t): corresponde al teimpo mínimo que tarda la onda en realizar un ciclo completo, la medida son los segundos.
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➢ Frecuencia (f): numero de ciclos realizados por segundos, la frecuencia corresponde a la formula inversa del periodo (f= 1/t). La unidad de medida corresponde a los Hercios (Hz) o s-1. ➢ Fase de una onda (β): es la magnitud periodica que corresponde al ángulo de fase inicial, conocida como la fracción de periodo que ha transcurrido a partir de un origen este puede adelantarse o atrasarse. Red donde circula una corriente proveniente de una fuente, a través de componentes pasivos. Un circuito es, en este sentido, una red de dos terminales que sea trivial analizarse. Frecuentemente, “circuito” y “red” se usan indistintamente, pero muchos analistas reservan “red” para referirse a un modelo idealizado consistente de componentes ideales.
1.1. Leyes y teoremas en circuitos AC con dispositivos Mixtos Por: Josué David Antonio Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos (resistencias, capacidades y autoinducciones) y un generador que suministra la corriente alterna. Para analizar los circuitos de corriente alterna, se emplean dos procedimientos, uno geométrico denominado de vectores rotatorios y otro, que emplea los números complejos. El circuito debe estar diseñado por: ➢ Nodo: punto donde dos o mas elementos se interconectan tienen una conexión ➢ común. Se considera un nodo a un conductor con una resistencia igual a cero ➢ Componente; dispositivo con dos o mas terminales capaz de hacer fluir carga. ➢ Malla: cualquier circuito cerrado de ramas es una malla, con la condición que no pase dos veces por el mismo nodo. ➢ Función de transferencia: esta constituye la relación de las corrientes y tensiones de dos puertos. Se define frecuentemente como una comparación entre un puerto de entrada y un puerto de salida para determinar ganancia o atenuación. ➢ Diseño de transformacicones: se comprende como el calculo, proyección y confección de los transformadores son capaces de elevar o disminuir los niveles de tensión e intensidad de la corriente eléctrica, para llegar a funcionar con un determinado elemento o factor.
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1.1.1 Teorema de Norton Por Josué David Antonio Para circuitos eléctricos es ideal del teorema de Thévenin. Se conoce así en honor al ingeniero Edward Lawry Norton, de los Laboratorios Bell, que lo publicó en un informe interno en el año 1926. El alemán Hans Ferdinand Mayer llegó a la misma conclusión de forma simultánea e independiente. Establece que cualquier circuito lineal se puede sustituir por una fuente equivalente de intensidad en paralelo con una impedancia equivalente. Al sustituir un generador de corriente por uno de tensión, el borne positivo del generador de tensión deberá coincidir con el borne positivo del generador de corriente y viceversa.
Imagen: ejemplo de Aplicación de Teorema de Norton Fuente: https://goo.su/DF0uRtL
Calculo del Teorema de Norton Equivalente El circuito Norton equivalente consiste en una fuente de corriente INo en paralelo con una resistencia RNo. Para calcularlo: ➢ Se calcula la corriente de salida, IAB, cuando se cortocircuita la salida, es decir, cuando se pone una carga (tensión) nula entre A y B. Al colocar un cortocircuito entre A y B toda la intensidad INo circula por la rama AB, por lo que ahora IAB es igual a INo. ➢ Se calcula la tensión de salida, VAB, cuando no se conecta ninguna carga externa, es decir, cuando se pone una resistencia infinita entre A y B. RNo es ahora igual a VAB dividido entre INo porque toda la intensidad INo ahora circula a través de RNo y las tensiones de ambas ramas tienen que coincidir ( VAB = INoRNo ).
1.1.2. Teorema de Thevenin En la teoría de circuitos eléctricos, el teorema de Thévenin establece que si una parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B, esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté constituido únicamente por un generador de tensión en serie con una impedancia, de forma que al conectar un elemento entre los dos terminales A y B, la tensión que cae en él y la
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intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito real como en el equivalente. El teorema de Thévenin fue enunciado por primera vez por el científico alemán Hermann von Helmholtz en el año 1853, pero fue redescubierto en 1883 por el ingeniero de telégrafos francés Léon Charles Thévenin (1857–1926), de quien toma su nombre. El teorema de Thévenin es el dual del teorema de Norton.
Imagen: ejemplo de Aplicación de Teorema de Thevenin Fuente: https://goo.su/ArqNRNQ
1.1.3 Teorema de superposicion En la teoría de circuitos eléctricos, el teorema de Thévenin establece que si una parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B, esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté El teorema de superposición sólo se puede utilizar en el caso de circuitos eléctricos lineales, es decir circuitos formados únicamente por componentes lineales (en los cuales la amplitud de la corriente que los atraviesa es proporcional a la amplitud de voltaje a sus extremidades). El teorema de superposición ayuda a encontrar: ➢ Valores de voltaje, en una posición de un circuito, que tiene más de una fuente de voltaje. ➢ Valores de corriente, en un circuito con más de una fuente de voltaje.
Este teorema establece que el efecto que dos o más fuentes tienen sobre una impedancia es igual, a la suma de cada uno de los efectos de cada fuente tomados por separado, sustituyendo todas las fuentes de voltaje restantes por un corto circuito, y todas las fuentes de corriente restantes por un circuito abierto.
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1.1.4 Ley de Kirchhof Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica. Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.
Imagen: ejemplo de Aplicación de ley de Kirchhoff Fuente: https://goo.su/L1gZT
1.1.5 Ley de Ohm Postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial V que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente I que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica R; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre V e I. La fórmula anterior se conoce como ley de Ohm incluso cuando la resistencia varía con la corriente, y en la misma V corresponde a la diferencia de potencial, R a la resistencia e I a la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A).
Imagen: Formulas de la ley de Ohm Fuente: https://goo.su/Jq75
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1.2 Resistencia Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega, en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. Las resistencias son utilizadas para una variedad de funciones, por ejemplo, podemos limitar la corriente que recibe un componente como un diodo led. Se puede disminuir el voltaje de una parte del circuito usando un divisor de voltaje. Otra aplicación de la resistencia es para dividir la corriente y por último y no menos importante como una carga para evitar un corto circuito.
1.2.1 Resistencia en Serie Las resistencias vienen de unos valores determinados por una norma y unas series de valores. Hay valores de resistencias que no se venden en los comercios y si es muy necesario usar ese valor en concreto, entonces debemos ingeniarnos una solución. Para ello podemos usar la configuración de resistencia en serie. Al tener las resistencias en serie estas se deben sumar.
Imagen: Resistencia en Serie Fuente: https://goo.su/6eLjg
1.2.2 Resistencia en Paralelo Las resistencias en paralelo se conectan como se muestra en la figura. El primer terminal de la primera resistencia se conecta con el primer terminal de la segunda resistencia, y el segundo terminal de la primera resistencia se conecta con el segundo terminal de la segunda resistencia y así sucesivamente. En esta configuración el voltaje
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es el mismo en todas las resistencias. Para calcular la resistencia total de esta configuración no es tan sencillo como las resistencias en serie.
1.2.3 Resistencia AC Con una resistencia óhmica pura R en el circuito de corriente alterna, la corriente y el voltaje están en la misma fase. Así que no hay un cambio de fase aquí. Además, el valor de la resistencia no está influenciado por la altura de la frecuencia. Por el contrario, las resistencias inductivas o capacitivas en el circuito de CA causan cambios de fase entre la corriente y el voltaje. Se crea una resistencia compleja de corriente alterna Z, que se descompone en un componente óhmico R (resistencia activa) y un componente imaginario X (reactancia). Puede determinar la resistencia de CA con un medidor de LCR.
Imagen: Resistencia en Paralelo Fuente: https://goo.su/eCs0G
1.3 El capacitor Un capacitor o condensador eléctrico es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía (carga eléctrica) en un campo eléctrico interno. Es un componente electrónico pasivo y su uso es frecuente tanto en circuitos electrónicos, como en los analógicos y digitales. Todo capacitor tiene la misma estructura básica: dos placas conductoras separadas por un dieléctrico aislante ubicado entre ambas. En ellas se almacena la carga de energía cuando fluye una corriente eléctrica y su dieléctrico debe ser de un material no conductor, como el plástico o la cerámica. Las placas conductoras del capacitor están conectadas a las terminales del elemento pasivo y el material dieléctrico o aislante se coloca entre ambas placas, las cuales almacenan la carga eléctrica hasta que se conecta una carga en el capacitor. La carga que almacena un condensador o capacitor es directamente proporcional al voltaje o la tensión aplicados. Asimismo, su capacidad es proporcional al área de la placa e inversamente proporcional a la distancia existente entre ambas placas. La función de un capacitor es almacenar una carga de energía que pueda ser liberada de forma rápida. La carga y descarga de un capacitor es muy útil para, por ejemplo, alimentar un motor eléctrico y son muy eficientes en mecanismos que necesitan
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un incremento rápido de energía, tales como el flash de una cámara fotográfica, arrancadores para motores y amplificadores de audio para automóviles.
Imagen: Capacitor Fuente: https://goo.su/fk3b
1.3.1 Comportamiento en AC A diferencia en del comportamiento de un capacitor con la corriente continua (donde no hay paso de corriente), el paso de la corriente alterna por el capacitor si ocurre. Otra característica del paso de una corriente alterna en un capacitor es que el voltaje que aparece en los terminales del mismo está desfasado o corrido 90° hacia atrás con respecto a la corriente que lo atraviesa. Este desfase entre el voltaje y la corriente se debe a que el capacitor se opone a los cambios bruscos de voltaje entre sus terminales.
Imagen: Grafica del desface que ocurre con un capacitor conectado a AC Fuente: https://goo.su/Ph7BWb
Al aplicar voltaje alterno a un capacitor, este presenta una oposición al paso de la corriente alterna, el valor de esta oposición se llama reactancia capacitiva (Xc) y se puede calcular con la ley de Ohm XC = V/I, y con la fórmula: XC = 1/(2πfC), donde:
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•
XC = reactancia capacitiva en ohmios
•
f = frecuencia en Hertz (Hz)
•
C = capacidad en Faradios (F)
1.3.2 Concepto de desfase o corrida la fase Significa que el valor máximo del voltaje aparece 90° después que el valor máximo de la corriente. En el diagrama se observa que la curva en color rojo ocurre siempre antes que la curva en color negro en 90° o 1/4 del ciclo. Entonces se dice que el voltaje está atrasado con respecto a la corriente o lo que es lo mismo, que la corriente está adelantada a la tensión o voltaje. Esta curva tiene una parte positiva y una parte negativa, esto significa que en un instante el capacitor recibe potencia y en otro tiene que entregar potencia, con lo cual se deduce que el capacitor no consume potencia (caso ideal. Se entrega la misma potencia que se recibe.
1.4 Bobinas Por: Hernan Bamaca Las bobinas son un elemento pasivo de dos terminales capaz de generar un flujo magnético cuando se hace circular una corriente eléctrica. Son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H)
1.4.1 Tipos de bobinas: Fijas Como su nombre lo indica este tipo de bobina su valor es fijo y dentro de este grupo podemos encontrar bobinas con núcleo de aire y núcleo solido Con núcleo de aire El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
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Nombre: Bobina
Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/nucleo-de-aire-300x146.png
1.4.2 Nucleo de aire El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. 1.4.3 Nucleo Solido Dentro de este grupo podemos encontrar diferentes tipos de núcleos ya sea hierro y ferrita, Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentación, sobre todo). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden tener forma de EI, M, UI y L. entre otros están:
1. Núcleo de hierro 2. Núcleo ferrita 3. Bobinas toroidales 4. Bobinas variables
1.
2.
3.
Nombre: Tipos de bobinas Fuente: https://www.electronicafacil.net/tutoriales/Las-bobinas.html
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4. Nombre: Tipos de bobinas Fuente: https://www.electronicafacil.net/tutoriales/Las-bobinas.html
1.5. Diodos Por: Hernan Bamaca
1.5.1 ¿Que es un diodo? El diodo es un componente electrónico que solo permite el flujo de la electricidad en un solo sentido, debido a esto su funcionamiento se parece a un interruptor el cual abre o cierra los circuitos. Este dispositivo esta conformado por dos tipos de materiales diferentes los cuales se traducen a dos terminales, un ánodo (+) y un cátodo (-).
1.5.1.1 composicion del diodo 1.5.1.1.1Material tipo P Este material se obtiene a través de un proceso de dopado, en el cual se añaden átomos al semiconductor para aumentar el número cargas positivas o huecos. 1.5.1.1.2 Material tipo N Este material también se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, en este proceso también se añaden átomos al semiconductor, pero con la diferencia que se aumenta el número de cargas negativas o electrones.
Imagen: Ejemplo del tamaño solicitado (información) https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/P-y-N.jpg
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1.5.2.2 Polarizacion Directa El ánodo se conecta al positivo de la fuente de voltaje y el cátodo se conecta al negativo, con esta configuración el diodo actúa como un interruptor cerrado. Una consideración importante dentro de esta configuración es que el diodo provoca una caída de voltaje de 0.6 a 0.7v.
Nombre: Tipos de Polarización Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/Polarizaci%C3%B3n-directa.jpg
1.5.2.3 Polarización Inversa: El ánodo se conecta al negativo de la fuente de voltaje y el cátodo al positivo, en esta configuración la resistencia del diodo aumenta en grandes cantidades y esto hace que actué como un interruptor abierto.
Nombre: Tipos de Polarización Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/Polarizaci%C3%B3n-directa.jpg
1.5.2 tipos y aplicaciones de un diodo 1.5.2.1 Diodo Led Los diodos emiten una luz cuando la corriente eléctrica pasa a través de ellos. Pero para que estos puedan encender deben de polarizarse de manera directa. Una
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forma fácil de identificar el ánodo y el cátodo en un led es observar las terminales y siempre la mas corta es el cátodo.
Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/diodo-led-137x300.png
1.1.4.2 Diodos rectificadores (grandes corrientes) Los diodos rectificadores son utilizados en las fuentes de voltaje para poder convertir la corriente alterna(CA) en corriente directa (CD). También son usados en circuitos en los cuales han de pasar grandes corrientes a través del diodo.
Nombre: diodo Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/diodorectificador-300x177.jpg
1.1.4.3 Puentes rectificadores Dentro de los puentes rectificadores existen los de media y de onda completa, para lograr construirlos necesitamos ya sea 1 o 4 diodos rectificadores según el tipo de onda que se vaya a utilizar. Actualmente podemos encontrar encapsulados especiales que contienen los cuatro diodos requeridos. Tienen cuatro pines o terminales: los dos de salida de DC son marcados con + y -, los de entrada de AC están rotulados con el símbolo ~.
1.1.4.4 Diodos zener
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Los diodos zener se usan para mantener un voltaje fijo. Están diseñados para trabajar de una forma confiable de manera que pueden ser utilizados en polarización inversa para mantener fijo el voltaje entre sus terminales. se les puede distinguir de los diodos comunes por su símbolo y su código ya que suelen ser BZX o BZY, su tensión inversa de ruptura esta grabada con la letra V en lugar del punto decimal 4V7 = 4.7V
Nombre: diodo Sener Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/diodorectificador-300x177.jpg
1.1.4.5 Diodos de señal Los diodos de señal son usados en los circuitos para procesar señales eléctricas débiles, por lo que solo son requeridos para pasar pequeñas corrientes de hasta 100 mA.
Nombre: diodo de señal Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/diodorectificador-300x177.jpg
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1.1.4.6 DIODO DE PROTECCIÓN PARA RELÉS Esta aplicación se basa en la protección de transistores y circuitos integrados. La bobina del relevador genera un campo magnético constante cuando esta energizada, cuando deja de circular corriente el campo cae y se genera un breve pero alto voltaje, el cual es muy probable que dañe los transistores y circuitos integrados.
Nombre: diodo de protección Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/diodorectificador-300x177.jpg
1.6. Transistores Por: Hernan Bamaca 1.6.1 Transistores Un transistor es un dispositivo activo con tres terminales, y estos tres terminales se conocen como Emisor, Base y Colector. Hay dos tipos principales de transistores: transistores de unión bipolar y transistores de efecto de campo. Los transistores NPN y PNP son transistores de unión bipolar, y es un componente eléctrico y electrónico básico que se utiliza para construir muchos proyectos eléctricos y electrónicos. Los transistores de unión bipolar se pueden encontrar tanto como partes de circuitos integrados como en componentes discretos. En los transistores PNP, los portadores de carga mayoritarios son huecos, mientras que en los transistores NPN, los electrones son los portadores de carga mayoritarios
1.6.1.1 ¿Qué es el transistor PNP? Un transistor PNP típico tiene una caja de metal o de plástico de aproximadamente el tamaño de una arveja. Los transistores de alta potencia son más grandes, casi tan grandes como una tapa de botella. El dispositivo tiene tres cables denominados conectores que se conectan a otras partes de un circuito. Los conectores se llaman base, colector y emisor, y cada uno tiene una función específica. El cuerpo del transistor puede tener un número de pieza y el logotipo del fabricante impreso o estampado en ella, junto con las letras "E", "B" y "C" que identifican los terminales de emisor, base y colector.
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El transistor consta de tres cintas de silicio especialmente tratado, un elemento que conduce la electricidad cuando se mezcla con trazos de otros elementos. Las dos capas exteriores tienen un tratamiento que les hace preferir las cargas eléctricas positivas. La capa interna prefiere cargas negativas. Las tres capas juntas forman un transistor positivo-negativo-positivo, o PNP, para abreviar.
Tipos de transistores Fuente: https://transistores.info/transistores-npn-y-transistores-pnp/
1.6.1.2 ¿Qué es el transistor NPN? Puedes imaginar el transistor NPN como un sándwich: Tienes tres capas, una encima de la otra. Para cada una de estas tres capas tienes una conexión: •
La base (B)
•
El colector (C)
•
Y el emisor (E) El término NPN indica el orden de carga de estas capas: N significa negativo (es decir, carga n) y P significa positivo (es decir, carga p). Esto significa que el transistor tiene dos uniones p-n. El transistor NPN es un transistor bipolar. Bipolar significa que para la misma función, tanto los electrones como los «huecos» están en movimiento. El transistor NPN consta de dos capas dopadas con n y una capa dopada con p (la capa P entre las capas N).
•
La capa N, que se supone que es el emisor, está mucho más dopada que las otras dos capas (simbolizadas por n^{++})
•
El dopaje del colector (simbolizado por n^+) se encuentra entre el dopaje del emisor y el de la base
•
La capa p es muy fina en comparación con las dos capas n
•
De cada capa semiconductora, un terminal apunta al exterior. A estas conexiones se pueden conectar fuentes de voltaje
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Transistores NPN Fuente: https://techlandia.com/definicion-transistor-pnp-info_247918/
https://mielectronicafacil.com/componentes/transistor-npn/#estructura
1.7 Estado permanente Por: Edwin Alejandro Batzin Cambran Según: es.wikipedia.org Se llama régimen transitorio, o solamente "transitorio", o "fenómeno transitorio" a aquella respuesta de un circuito eléctrico que se extingue en el tiempo, en contraposición al régimen permanente, que es la respuesta que permanece constante hasta que se varía bien el circuito o bien la excitación del mismo.
Transitorio de tension, fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9gimen_transitorio_(electr%C3%B3nica)
1.7.1 Circuitos RC sin fuentes Según: personales.unican.es
Consideramos un condensador C inicialmente
cargado 0 v (0) = V - Conectamos el condensador a una resistencia R a través de un interruptor como se muestra en la figura (circuito RC sin fuentes). En el instante inicial t = 0 se cierra el interruptor y el condensador comienza a descargarse Aplicando las condiciones iniciales 0 v ( 0 ) = V, resulta V0 A exp=(-1/RC*0)=A, Luego, la solución buscada es:
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V(t)=V0 exp (-1/RC*t)=A Esta solución indica que la tensión del circuito RC cae exponencialmente desde el valor inicial hasta cero
Circuitos eléctricos en corriente continua, fuente: http://www.ie.tec.ac.cr/smorales/CC/rc_sin_fuente.html
1.7.2 Circuitos RC con fuentes Según: personales.unican.es Consideramos un condensador C inicialmente cargado 0 v (0) = V0 Conectamos el condensador a una fuente de continua Vs. También se incluye una resistencia R y un interruptor. En el instante inicial, t = 0, se cierra el interruptor y el condensador comienza a cargarse. (En realidad cambia sus condiciones de carga de V0 -> Vs ) Podemos redibujar el circuito de la siguiente forma:
Análisis transitorio, fuente: https://personales.unican.es/peredaj/pdf_Apuntes_AC/Presentacion-AnalisisTransitorio.pdf
1.8. Ley de Ohm en AC Por: Edwin Alejandro Batzin Cambran Según: unlp.edu. arSe refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinta tensión, que no cambia de sentido y valor con el tiempo. “Puede ser almacenada”.
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Corriente continua, fuente: https://unlp.edu.ar/frontend/media/86/27586/9f6fb6121050cf6e1acd93f79c73eb6d.pdf
La corriente continua puede ser almacenada en pilas, baterías, celdas de cargas, etc. Se pueden desarrollar dos tipos de conexiones entre ellas: Conexión en serie de baterías: se suman los valores de tensiones de cada elemento
Corriente continua, fuente: https://unlp.edu.ar/frontend/media/86/27586/9f6fb6121050cf6e1acd93f79c73eb6d.pdf
Conexión en paralelo de baterías: se logra acumular una mayor cantidad de energía, pero se mantiene el valor de tensión como si fuera una sola batería.
Corriente continua, fuente: https://unlp.edu.ar/frontend/media/86/27586/9f6fb6121050cf6e1acd93f79c73eb6d.pdf
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Para el caso de las resistencias en SERIE, se dice que están en serie, cuando cada una de ellas se sitúa a continuación de la anterior a lo largo del hilo conductor. Cuando dos o más resistencias se encuentran en serie la intensidad de corriente que atraviesa a cada una de ellas es la misma.
Corriente continua, fuente: https://unlp.edu.ar/frontend/media/86/27586/9f6fb6121050cf6e1acd93f79c73eb6d.pdf
Por lo tanto, se puede observar que las tres resistencias en serie anteriores son equivalentes a una única resistencia cuyo valor es la suma de las tres anteriores. Cuando se tratan de resistencias en PARALELO, comparten sus extremos tal y como se muestra en la siguiente figura:
Corriente continua, fuente: https://unlp.edu.ar/frontend/media/86/27586/9f6fb6121050cf6e1acd93f79c73eb6d.pdf
La suma de corrientes por cada una de las resistencias, es la suma en el nodo de entrada y también el de salida. El valor de tensión es el mismo en cada extremo de las resistencias.
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1.9. Circuitos en Serie Por: Edwin Alejandro Batzin Cambran Según: electronicaonline.net Una definición de circuito en serie es aquel circuito que posee más de una resistencia, pero solo un camino a través del cual fluye la electricidad (electrones). Desde un extremo del circuito, los electrones se mueven a lo largo de un camino sin ramificaciones, a través de las resistencias, hasta el otro extremo del circuito. Todos los componentes de un circuito en serie están conectados de extremo a extremo.
Circuito eléctrico, fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuitoen-serie/
Ya que solo hay una ruta para el flujo de corriente, cada componente tiene la misma corriente que fluye a través de él, como lo hace en todo el circuito. Ese es un aspecto importante del circuito en serie.
Circuito eléctrico, fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuitoen-serie/
En el siguiente ejemplo, las resistencias son las bombillas. En una conexión en serie, los componentes están dispuestos en una línea, uno tras otro.
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Echa
un
vistazo
al
siguiente diagrama
de
circuito en
serie:
El dibujo esquemático es una mejor manera de dibujar un circuito en serie.
Circuito eléctrico, fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuitoen-serie/
Cada vez que hay daño (rotura) en cualquiera de las resistencias, el circuito completo no funcionará. Por ejemplo, si una bombilla se apaga, todas las demás se apagarán porque se corta el paso de la electricidad en la bombilla rota.
Circuito eléctrico, fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuitoen-serie/
1.7.1
Características de un circuito en serie Resumiremos las tres principales características de los circuitos eléctricos en serie
que debes entender: Corriente: La cantidad de corriente es la misma que atraviesa en todos los componentes de un circuito en serie. Resistencia: La resistencia total de cualquier circuito en serie es igual a la suma de las resistencias individuales. Tensión: La tensión total en un circuito en serie es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Un circuito en serie tiene una sola ruta para el flujo eléctrico (corriente).
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Como la corriente es constante en todo momento del circuito, la cantidad de voltaje utilizado por cada carga depende de la resistencia de la carga. El mayor valor de resistencia utiliza el mayor voltaje. Una interrupción en cualquier parte del circuito (como una bombilla quemada) detendrá el funcionamiento de todo el circuito.
Circuito eléctrico, fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuitoen-serie/
1.10 Circuitos en Paralelo Por: Margory Alejandra Castro Jelista En un circuito paralelo, hay más de un resistor (bombilla, por ejemplo) y están conectados por muchos caminos. Esto significa que la electricidad (electrones) puede viajar desde un extremo de la batería a través de muchas ramas hasta el otro extremo de la batería.
Imagen: circuito en paralelo Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
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1.10.1
¿Cómo calcular el voltaje de un circuto paralelo?
Primero tenemos que tener en cuenta que el voltaje es igual en todos los componentes del circuito. Esta igualdad de voltajes se puede representar en la siguiente ecuación: VT = VR1 = VR2 = VR3 = 9V
1.10.2
Aplicación de la ley de ohm para circuitos paralelos:
Aplicamos inmediatamente la Ley de Ohm a cada resistor para calcular su corriente porque conocemos el voltaje de cada resistor (9 voltios) y la resistencia de cada resistor:
Imagen: formulas para aplicar ley de ohm a un circuito paralelo Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
Imagen: Tabla de valores Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
En este punto, todavía no sabemos cuál es la corriente total o la resistencia total para este circuito paralelo, sin embargo, si pensamos cuidadosamente sobre lo que está sucediendo, debería ser evidente que la corriente total debe ser igual a la suma de todas las corrientes de los resistores individuales:
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Imagen: circuito en paralelo Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
A medida que la corriente total sale del terminal positivo (+) de la batería en el punto 1 y viaja a través del circuito, parte del flujo se separa en el punto 2 para pasar por R1, otros se dividen en el punto 3 para pasar por R2, y el resto pasa por R3. Al igual que un río que se ramifica en varias corrientes más pequeñas, las tasas de flujo combinadas de todas las corrientes deben ser iguales a la tasa de flujo de todo el río. Entonces decimos que: la corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientes de derivación individual. Con este principio, podemos completar el espacio de Corriente Total en nuestra tabla con la suma de IR1, IR2 e IR3:
Imagen: tabla de valores Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
1.10.3
Calcular la resistencia total en circuto paralelo:
Imagen: tabla completa de los valores Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
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1.10.4
La ecuancion para las resitencias en circuitos paralelos:
La resistencia total del circuito es de solo 625 Ω: menos que cualquiera de los resistores individuales. En el circuito en serie, donde la resistencia total era la suma de las resistencias individuales, el total debía ser mayor que cualquiera de los resistores individualmente. Matemáticamente, la relación entre la resistencia total y las resistencias individuales en un circuito eléctrico en paralelo se ve así:
Imagen: formula de la ecuación para la resitencia de circuito paralelo Fuente: https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/
1.10.5
Tres reglas del circuito paralelo:
En resumen, un circuito paralelo se define como uno donde todos los componentes están conectados entre sí a través de los terminales. A partir de esta definición, se siguen tres reglas de circuitos paralelos: •
Los componentes en un circuito paralelo comparten el mismo voltaje: VTotal = V1 = V2 = . . . Vn
•
La resistencia total en un circuito en paralelo es menor que cualquiera de las resistencias individuales: RTotal = 1 / (1/R1 + 1/R2 + . . . 1/Rn)
•
La corriente total en un circuito paralelo es igual a la suma de todas las corrientes de derivación individual: ITotal = I1 + I2 + . . . In.
•
1.11 Circuitos Delta Por: Margory Alejandra Castro Jelista La conexión delta se llama así debido a su parecido con el signo griego “delta”, que parece un triángulo. En tal configuración cada lado del triángulo contiene una fuente de voltaje y no existe una conexión de un punto común. Debido a esta configuración, no existe la necesidad de un cable neutro, ya que una de las fuentes podría fallar quedando desconectada sin afectar la corriente o voltaje en el sistema.
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Imagen: Circuitos delta Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Transformacion de estrella a delta:
Imagen: Ejemplo de tranformacion de circuito estrella a delta Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Para transformar un circuito estrella a un circuito delta se deben obtener las resistencias Ra, Rb y Rc a partir de los valores de resistencias R1, R2 y R3 de la estructura delta. Desarrollando el producto entre las resistencias del circuito estrella dadas por las expresiones (13), (14) y (15) y sumando dichos productos, se obtiene:
Imagen: ecuación Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Dividiendo la expresión (16) entre cada resistencia del circuito estrella (R1, R2 y R3) definidas por las ecuaciones (13), (14) y (15), se obtiene:
Imagen: formulas Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
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En esta transformación se observa nuevamente un patrón en la estructura de las ecuaciones, lo que permite que puedan obtenerse de manera práctica cuando estas sean requeridas.
Imagen: Ejemplo de resultado final Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
1.12 Circuitos Estrella Por: Margory Alejandra Castro Jelista La conexión estrella o “Y” lleva tres fuentes de voltaje a un punto común. En algunos casos, se conecta un cuarto cable de neutro al mismo punto para aliviar problemas si una de las fuentes de voltaje falla y queda desconectada.
Imagen: Ejemplo un circuito estrella Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
1.10.6
Transformacion de Delta a estrella:
Imagen: Ejemplo de circuito delta a estrella Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
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Para transformar un circuito delta a un circuito estrella es necesario la obtención de las resistencias R1, R2 y R3 a partir de los valores de resistencias Ra, Rb y Rc de la estructura delta. Para obtener las ecuaciones que permiten calcular cada resistencia del circuito estrella (R1, R2 y R3) se igualan las impedancias entre los nodos 1, 2, 3 y 4 dado que estas son iguales en ambas configuraciones.
Imagen: formula de nodos 1 y 2 Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Igualando la impedancia entre los Nodos 1 y 2 de ambas configuraciones se tiene:
Imagen: resultado Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Imagen: formulas de nodos 1 y 3 Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Igualando las impedancias entre los Nodos 1 y 3 de ambas configuraciones se tiene:
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Imagen: resultado Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Imagen: formula de nodos 3 y 4 Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Igualando las impedancias entre los Nodos 3 y 4 de ambas configuraciones se tiene:
Imagen: resultado Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Imagen: resultados finales de las formulas Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
Imagen: circuito final Fuente: https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella
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1.13 Leyes de Kirchhoff en AC Por: Juan pablo emiliani chamale yuman Según geekelectronica.com las leyes de Kirchhoff junto con la ley de ohm son las tres leyes básicas para el análisis de circuito en electicidad y electrónica con ellas se pueden entender el comportamiento de los tres parámetros
mas utilizados en estas
áreas sque son las resistencias el voltaje y la corriente Para el caso de las leyes de Kirchhoff estas fueron dos leyes planteadas por el físico Gustav Kirchhoff enn las cuales describe el comportamiento de los voltajes
1.13.1
Ley de corrientes de kirchhof
Según geekelectronica.com la ley de corrientes de Kirchhoff también llamda y denotada por las siglas “LCK” describe como se comportan las corrientes presentes en un nodo de un circuito eléctrico Esta ley dice lo siguente en cualquier nodo la suma la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes sque salen de forma equivalente la suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
Las dos leyes de Kirchhoff pueden entenderse como corolarios de las ecuaciones de Maxwell en el límite de baja frecuencia. Son precisas para los circuitos de corriente continua y para los de corriente alterna a frecuencias en las que las longitudes de onda de la radiación electromagnética son muy grandes en comparación con los circuitos
Ejemplo: mallas y nodos http://kumbaya.ecci.ucr.ac.cr/ci1210/Leccion%202%20electronica%20basica/5.1%20DE FINICION.%20circuitos%20equivalentes.htm
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1.14 Ley de mallas Por: Juan pablo emiliani chamale yuman Según piensa3d.com la ley de malla establece que la suma algebraica de todos los voltajes alrededor de una malla en un circuito es igual a cero Observe que el termino
<<suma algebraica>> singnifica tener en cuenta las
polaridades y signos de las fuentes y caídas de tnesion alrededor de las mallas Por lo tanto al apicar la ley de mallas a un elemento de circuito especifico es importante que prestemos especial atnecion a los signos algebraicos (+ y - ) de las caídas de voltajes entre los elementos nuestros cálculos pueden estar equivocados
Caida de resistencia En este caso el flujo de las corrientes circula atraves de las resistencias des de el punto A al punto B es decir de termina positivo a termina negativo por lo tanto como estamos yendo en la misma dirección que la corriente habrá una caidad de potencial atraves de la resistencia igual Si el flujo de la corriente estuviera en la dirección opuesta el punto B al punto A entonces habría un aumento de potencial atraves del elemento resistivo a medida de que nos movemos de un potencial negativo a un potencial positivo dándonos una caída de voltaje I * R Por lo tanto para aplicar correctamente el método de mallas a un circuito primeo debemos saber la polaridad
ya que el signo de la caída del voltaje atraves de los
elementos resistivos dependerán de la dirección de la corriente que fluye atraves de el p Como regla general perderá potencial en la misma dirección de la corriente atraves de un elemento y ganra potencial al revés la dirección de la corriente alrededor de una malla eléctrica puede ser elgida a nuestro antojo en sentido horario o antihorario Si la dirección elegida es diferente a la dirección real del flujo de la corriente seguirá siendo correcto y valido pero dara lugar a que la respuesta algebraica tenga signo negatico
Nodos https://piensa3d.com/wp-content/uploads/2017/12/caida-de-tension-resistencia.gif
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1.15 Ley de nodos Por: Juan pablo emiliani chamale yuman Es.wikipedia.org el análisis de nodos
es posible de que cuando todos los nodos
tienen conductancia este método produce un sistema de ecuaciones que pueden resolverse a mano si es pequeño o también puede resolverse rápidamente usándose algebra lineal en un computador por el echo de que forme ecuaciones muy sencillas este método es una base para muchos programas de simulación de circuitos cuando los elementos del circuito no tienen conductancia se puede usar una extencion mas genral del análisis de nodos modificados Según pardell. Es
un nodo es el punto del circuito donde se unen mas de una
terminal de un componente eléctrico si lo desea pronuncie nodo y piense en nodos porque esa es presisamente la realidad de dos omas componentes se unen anudados entre si
Nodos https://piensa3d.com/wp-content/uploads/2017/12/caida-de-tension-resistencia.gif
Es decir que en el nodo 1 podemos decir que I1 = I2 + I3 y reemplazando valores: que 18 mA = 9 mA + 9 mA y que en el nodo 2 I4 = I2 + I3
Fuente: https://www.pardell.es/images/kirchhoff-2.png
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1.16 Teoremas de superposición en AC Por: William Julián Cholotío Tum El teorema de superposición es un resultado derivado del principio de superposición adecuado para el análisis de redes de circuitos eléctricos. El teorema de superposición establece que para un sistema lineal (en particular, que combina la subcategoría de arreglos lineales invariantes en el tiempo), la respuesta (voltaje o corriente) en cualquier rama de un circuito lineal recíproco que tiene más de una fuente independiente corresponde a la suma algebraica de las respuestas. Generado por cada fuente independiente comenzando solo, donde todas las otras fuentes independientes son reemplazadas por sus impedancias intramuros. El teorema de superposición es muy crítico en el análisis de circuitos porque convierte un circuito complejo en un circuito equivalente de Norton o Thevenin.
Imagen: Ejemplo del teorema de superposición en un circuito Fuente: https://lafisicayquimica.com/wp-content/uploads/2020/05/teorema-de-superposicion.jpg
1.6.1 Aplicación del teorema de superposición •
El primer paso es seleccionar una fuente entre las múltiples fuentes que se encuentran en la red bilateral. Entre las diversas fuentes del circuito, se puede contemplar en primer lugar cualquiera de las fuentes.
•
A excepción de la fuente seleccionada, todas las fuentes deben reemplazarse por su impedancia intramural.
•
Utilizando un enfoque de simplificación de la red, evalúe la corriente que fluye o la caída de voltaje en un aspecto particular de la red.
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•
Lo mismo, considerando una sola fuente, se reitera para todas las demás fuentes del circuito.
•
Al acceder a las responsabilidades respectivas de la fuente individual, realice la suma de todas las respuestas para obtener la caída de voltaje o la corriente general a través del elemento del circuito.
1.6.2 Ejemplificación del teorema de superposición en AC
El teorema de superposición se puede aplicar a los circuitos de CA de la misma manera que a los circuitos de CD. Para el caso de los circuitos de CA la superposición es importante pues se utiliza cuando aparecen fuentes que operan a frecuencias diferentes. Para este caso se tienen circuitos diferentes para cada frecuencia. La respuesta total del circuito se obtiene sumando las respuestas individuales en el dominio del tiempo.
Importante: Nunca sumar las respuestas individuales en el dominio de la frecuencia o en el dominio fasorial pues trae implícito la frecuencia, la cual seria diferente para cada fuente. Por lo tanto las respuestas individuales deben sumarse en el dominio del tiempo, y así obtener la respuesta total.
A continuación se muestra un ejemplo de superposición:
Imagen: Ejemplo de superposición en un circuito Fuente: https://sites.google.com/site/analisisdecircuitosupaep/_/rsrc/1449246070988/analisis-senoidal-enestado-estable/2-3-teorema-de-superposi/9.jpg
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donde V1 se debe a la fuente de CD de 5v. V2 se debe a la fuente de tensión 10cos2t V y V3 a la fuente de corriente 2sen5t A.
Para hallar V1 utilizamos el siguiente circuito, y la siguiente solución:
Imagen: Solución para hallar voltaje 1, en el ejemplo Fuente: https://sites.google.com/site/analisisdecircuitosupaep/_/rsrc/1449246070987/analisis-senoidal-enestado-estable/2-3-teorema-de-superposi/10.jpg
Para V2 se realiza lo siguiente:
Imagen: Solución para hallar voltaje 2, en el ejemplo Fuente: https://sites.google.com/site/analisisdecircuitosupaep/_/rsrc/1449246070987/analisis-senoidal-enestado-estable/2-3-teorema-de-superposi/11.jpg
Para V3 obtenemos que:
Imagen: Solución para hallar voltaje 3, en el ejemplo Fuente: https://sites.google.com/site/analisisdecircuitosupaep/_/rsrc/1449246070987/analisis-senoidal-enestado-estable/2-3-teorema-de-superposi/12.jpg
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Finalmente sumando V1+V2+V3 obtenemos la respuesta total final, como se muestra a continuación:
Imagen: Solución para el ejemplo planteado Fuente: https://sites.google.com/site/analisisdecircuitosupaep/_/rsrc/1449246070988/analisis-senoidal-enestado-estable/2-3-teorema-de-superposi/13.jpg
1.17 Teorema de Thevenin Por: William Julián Cholotío Tum
A través de la aplicación del teorema de Thevenin, se logra que un circuito complejo se convierta en uno más simple. De esta manera, se expresa que al estar existir dos terminales A y B dentro de la estructura de un circuito eléctrico lineal, es posible convertirlo a un circuito equivalente más simple. La teoría expresa que a través de la resistencia del circuito transformado la corriente seguirá circulando. El hallazgo de esta idea data para el año1853. Fue el científico alemán Hermman von Helmholtz quien por primera vez dio evidencia del procedimiento que demostraba válido el postulado. Pero no hubo ningún interés para el momento acerca de esta teoría, y quedó en el olvido hasta el año 1883, cuando el francés León Charles Thévenin, un ingeniero en telégrafos, redescubre el teorema, siendo bautizado bajo su apellido. El enunciado se desglosa de la siguiente manera: Si el circuito original posee muchas resistencias, y se desea calcular intensidad, tensión o potencia de alguna de estas, o que se ubique entre los puntos A y B de un circuito grande, se puede simplificar el proceso a través del teorema de Thevenin. Se establece que es posible construir un circuito equivalente más pequeño, comprendido por una resistencia y una fuente de tensión dispuestos en serie. Los valores asignados a cada uno de estos se conoce como resistencia de Thevenin y tensión de Thevenin, que serán equivalentes al valor de la resistencia entre A y B, conocida como resistencia de carga.
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Imagen: Simplificación con el teorema de thevenin Fuente: https://www.areatecnologia.com/electricidad/imagenes/teorema-de-thevenin.jpg
Una vez calculado estos valores (RTH y VTH), la resistencia de carga se puede volver a conectar a este "circuito equivalente de Thevenin" y podemos calcular la intensidad que circula por ella y/o la tensión que tendría pero mediante el circuito de thevenin, circuito muy sencillo de calcular. La ventaja de realizar la "conversión de Thevenin" al circuito más simple, es que la tensión de carga y la corriente de carga sean mucho más fáciles de resolver que en la circuito original. Además la RL puede cambiar de valor, pero los valores de thevenin siguen siendo los mismos, con lo que aunque cambiemos la carga, la solución con la nueva carga se hace muy sencilla. Veamos como podemos calcular la RTH y VTH (resistencia y tensión de thevenin) y simplificar el circuito.
1.17.1
Calculo de la resistencia Thevenin
Para obtener el valor de la resistencia de Thevenin (RTH), es necesario realizar reemplazar cada una de las fuentes de tensión que integran el circuito original a través de un cortocircuito, mientras que en el caso de las fuentes de corriente pasarán a ser circuito abierto. A partir de aquí se procede a calcular la resistencia total del circuito. En el momento en que se vaya a realizar el cálculo de la resistencia de Thevenin, se pueden usar diversos métodos. El más común es agrupando las resistencias en paralelo, transformándolas en una sola. De esta manera, el circuito equivalente solo deberá contener resistencias en serie. Estas deberán ser sumadas, lo que nos dará como resultado la resistencia de Thevenin. Si estamos ante un circuito de corriente alterna, entonces será necesario realizar el cálculo de la impedancia equivalente.
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1.17.2
Calculo de la tensión de Thevenin
Para calcular el valor de la tensión de thevenin tenemos que calcular la tensión que habría entre los puntos A y B del circuito original.
Para esto podemos ir haciendo un análisis del circuito sumando y restando los valores de las fuentes de tensión y las caídas de tensión en las resistencias según las leyes de Kirchhoff o la ley de ohm o como mejor sepamos.
1.17.3
Ejemplo usando el teorema de Thevenin
Hallar en el circuito de la figura, el equivalente Thevenin ente los puntos A y B.
Imagen: Teorema Thevenin en un circuito Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/teorema-de-thevenin2.jpg.webp
Para hallar el equivalente, hacemos uso del teorema de Thevenin. El orden para calcular la tensión de Thevenin y la resistencia de Thevenin, es indiferente. En este caso, se empieza por hallar la resistencia.
a) a
Calculo de la resistencia de Thevenin
Para hallar la resistencia Thevenin, tenemos que desconectar todos los generadores independientes. En este caso sólo hay generadores de tensión por lo que los sustituimos por su circuito equivalente.
Imagen: Calculo de resistencia Thevenin Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/resistencia-dethevenin.jpg.webp
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Una vez desconectados, procederemos a calcular la resistencia entre los puntos A y B. Primeramente asociamos R2 y R3 que están asociadas en paralelo:
Imagen: Calculo de resistencia Thevenin Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/resistencia-de-thevenin2.jpg.webp
A continuación, para obtener la resistencia entre A y B asociamos Ra y R1 que se encuentran
en
serie:
Imagen: Resistencia de Thevenin Fuente: https://miuniversoelectronico.com/el-teorema-de-thevenin/
Y tenemos la resistencia Thevenin entre A y B. Así que ahora vamos a calcular el valor de la tensión Thevenin entre A y B. a) b
Calculo de la tensión Thevenin
Tenemos que hallar le valor de la tensión en circuito abierto entre los puntos A y B. En este caso, no hay elementos entre A y B, por consiguiente, podemos calcular directamente la tensión entre A y B.
Imagen: Tensión de Thevenin Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/ejemplo-teoremathevenin.jpg.webp
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Como se puede observar en al imagen, la malla dos esta en circuito abierto, por lo tanto por esa malla no circula corriente. Planteamos la segunda ley de Kirchhoff o ley de las tensiones a la malla uno.
−10 + 𝐼1 ∗ 𝑅3 + 𝐼1 ∗ 𝑅2 = 0 𝐼1 = 10 / 40 = 0,25 𝐴 A continuación planteamos la segunda ley de Kirchhoff en la malla dos:
−𝑉𝑅2 + 𝑉𝑅1 + 𝑉𝑡ℎ = 0 Como no hay corriente por la malla dos, la tensión en la resistencia R1 es cero.
−𝑉𝑅2 + 0 + 𝑉𝑡ℎ = 0 Si despejamos Vth:
−𝑉𝑅2 = −𝑉𝑡ℎ Finalmente, la tensión Thevenin es: 𝑉𝑅2 = 𝑉𝑡ℎ = 𝐼1 ∗ 𝑅2 = 0,25 ∗ 30 = 7,5 𝑉 𝑉𝑡ℎ = 7,5 𝑉
a) c
Circuito equivalente Thevenin
En la siguiente imagen podemos observar como queda el circuito equivalente Thevenin calculado.
Imagen: Circuito equivalente Thevenin Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/solucion-ejercicio-1thevenin.jpg.webp
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1.18 Teorema de Norton Por: William Julián Cholotío Tum El teorema de Norton es considerado el dual del teorema de Thevenin, por lo que es válido para obtener los mismos resultados. A través de la aplicación de este procedimiento, es posible crear un circuito más simple a partir de uno más grande. El enunciado expresa que es posible calcular los valores de distintos elementos que se encuentren entre los puntos A y B donde se encuentre la resistencia de carga. Cuando se simplifica un circuito con una fuente de intensidad, es posible obtener el valor intensidad, conocido como Norton IN, con una resistencia en paralelo, que se conoce como resistencia de Norton. Los circuitos creados a partir de este teorema, suelen componerse de una fuente de corriente, una resistencia en paralelo y una carga en paralelo.
Imagen: Simplificación con el teorema de Norton Fuente: https://www.areatecnologia.com/electricidad/imagenes/teorema-de-norton.jpg
Es muy similar al de thevenin, pero en este caso tenemos una fuente de intensidad y una resistencia en paralelo. Para calcular la Resistencia de Norton es muy fácil, tiene el mismo valor que la de Thevenin. Para calcular el valor de la fuente de intensidad de Norton se hace aplicando la ley de ohm en el teorema de thevenin, es decir, el valor de la Intensidad de la fuente de corriente del teorema de Norton es la tensión de thevenin dividido entre la resistencia de thevenin.
Otra forma para calcular esta corriente de Norton es cortocircuitar los dos puntos donde
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está situada la resistencia de carga (A y B) y calcular en el circuito original que intensidad pasa por ahí.
1.18.1
Calculo de la resistencia Norton
Cuando se va a realizar el cálculo de la resistencia de Norton, se cumple el mismo procedimiento que para el cálculo que se hace para la resistencia de Thevenin: se debe hacer un cortocircuito en las fuentes de tensión, mientras que a partir de las fuentes de corrientes se crea un circuito abierto. De esta manera, se dice que tienen el mismo valor.
1.18.2
Calculo de la intensidad Norton
Para el teorema de Norton, es necesario tener conocimientos del teorema de Thevenin. Y en este caso, se aplica la ley de ohm en Thevenin para poder obtener el valor de la fuente de intensidad de Norton, definiendo el procedimiento de la siguiente manera: la división de la tensión de Thevenin entre la resistencia de Thevenin será igual a la fuente de intensidad de Norton. Otra manera efectiva de lograrlo, es realizar un cortocircuito entre dos puntos donde se encuentre la resistencia de carga, para luego calcular en el circuito original la intensidad entre A y B.
1.18.3
Ejemplo usando el teorema de Norton
Hallar el equivalente de Norton entre los puntos A y B del circuito de la figura.
Imagen: Teorema de Norton, en un circuito Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-18.png.webp
El orden para calcular la resistencia Norton y la corriente Norton es indiferente, puesto que no influye en el resultado. a) Cálculo de la resistencia de Norton Para hallar el valor de la resistencia Norton, en primer lugar tenemos que desconectar los generadores independientes que hay en el circuito, por su correspondiente circuito equivalente. Para hacer ésto tendremos en cuenta que:
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•
Los generadores de corriente se sustituyen por un circuito abierto
•
Mientras que, los generadores de tensión, se sustituyen por cortocircuitos entre sus terminales.
Al desconectar los generadores del circuito tenemos el siguiente circuito:
Imagen: Cálculo de resistencia norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-19.png.webp
Como hay que hallar el valor de la resistencia vista desde A y B, vamos a comenzar a asociar y reducir el circuito por el lado contrario a los terminales A y B, por lo tanto: 𝑅𝑎 = 𝑅1 + 𝑅4 + 𝑅2 = 8 + 4 + 8 = 20 𝛺 Después de asociar esas tres resistencias el circuito nos que así:
Imagen: Cálculo de resistencia norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-20.png.webp
Y por último, para hallar la resistencia Norton que es la misma que la vista desde los terminales A y B tenemos: 𝑅𝑛 = (𝑅𝑎 ∗ 𝑅3) / (𝑅𝑎 + 𝑅3) = (20 ∗ 5) / (20 + 5) = 4 𝛺
𝑅𝑛 = 4 𝛺
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Imagen: Cálculo final de la resistencia norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-21.png.webp
b) Cálculo de la corriente Norton Ahora procedemos a calcular la corriente Norton. Para ello, hay que cortocircuitar entre los terminales A y B, quedando el circuito como indica la figura.
Imagen: Cálculo de ejemplificación para la corriente Norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-22.png.webp
La corriente Norton es la que circula por la rama que aparece al unir (cortocircuitar) los terminales A y B. Por lo tanto, esa es la corriente que tenemos que calcular. A partir de aquí, se pueden emplear todas las técnicas conocidas en el análisis de circuitos. En un primer momento podemos tener la idea de plantear un sistema de tres ecuaciones, al haber tres mallas, y resolverlo para obtener la corriente Norton. No obstante, siempre es mejor realizar una inspección del circuito y ver si se puede realizar algún tipo de asociación entre elementos del mismo, o también, cambios entre generadores que nos
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permitan reducir el numero de mallas ya si el numero de ecuaciones necesarias para resolver el circuito.
Simplificación del circuito En este caso, podemos cambiar el generador V1 y la R4 que están en serie, por un generador de corriente con una resistencia en paralelo. El cambio sería: 𝐼𝑎 = 𝑉1 / 𝑅4 = 12 / 4 = 3 𝐴 El circuito ahora queda de la siguiente manera:
Imagen: Cálculo de la corriente norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-23.png.webp
Seguidamente, se pueden asociar los generadores de corriente I1 e Ia, ya que se encuentran en paralelo, por lo tanto, aplicamos la primera ley de Kirchhoff al nudo superior de ambos generadores: 𝐼𝑏 = 𝐼1 + 𝐼𝑎 = 2 + 3 = 5 𝐴 Después de asociar los generadores, ya hemos reducido una malla del circuito.
Imagen: Cálculo de la corriente norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-24.png.webp
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Realizando una nueva inspección del circuito, se observa que es posible volver a realizar una conversión entre tipos de generadores. Se puede cambiar Ib y R4 por su equivalente en generador de tensión en serie con R4. 𝑉𝑏 = 𝐼𝑏 ∗ 𝑅1 = 5 ∗ 4 = 20 𝑉 Como resultado de este cambio, el circuito es el siguiente:
Imagen: Cálculo de la corriente norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-25.png.webp
Por último, cabe destacar que la resistencia R2 ha quedado cortocircuitada entre sus terminales, debido a esto, la corriente que circulará por R2 es nula, por lo tanto, se puede anular dicha resistencia.
Imagen: Cálculo de la corriente norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-26.png.webp
Planteamiento de la ecuación para hallar la corriente de Norton Finalmente, hemos conseguido reducir el circuito a una sola malla, por lo tanto, con una sola ecuación podemos hallar el valor de la corriente Norton. Si recorremos la malla en
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sentido horario y comienzo el recorrido en el terminal negativo de Vb, la ecuación de la malla es: – 𝑉𝑏 + 𝐼𝑛 ∗ 𝑅1 + 𝐼𝑛 ∗ 𝑅3 + 𝐼𝑛 ∗ 𝑅4 = 0 𝐼𝑛 = 𝑉𝑏 / (𝑅1 + 𝑅3 + 𝑅4) = 20 / (4 + 8 + 8) = 1 𝐴 𝑰𝒏 = 𝟏 𝑨
c) Circuito equivalente Norton Una vez realizados todos los cálculos para hallar el equivalente Norton, dibujamos como queda.
Imagen: Cálculo final de la corriente norton Fuente: https://miuniversoelectronico.com/wp-content/uploads/2020/09/export-27.png.webp
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Capítulo II 2.1 Electrónica Digital Por: Christian Contreras La electrónica digital es un campo que implica el estudio de señales digitales para procesar y controlar varios sistemas y subsisemas. Esto constrasta con la electrónica analógica y las señales analógicas. Los circuitos electrónicos digitales suelen estar hechos de grandes conjuntos de puertas lógicas, a menudo empaquetados en circuitos integrados. Los dispositivos complejos pueden tener representaciones electrónicas simples de funciones lógicas booleanas. En la electrónica digital sabemos que existen 2 tipos de señales una analógica o continúa y la otra que sería una señal digital o discreta. Entonces, la ciencia o campo de investigación en el área de la ingeniería se denomina Electrónica Analógica y Digital respectivamente. Ahora en el área de la electrónica digital, es esencial comprender una amplia gama de aplicaciones, desde la electrónica industrial hasta los campos de la comunicación, desde los micro sistemas integrados hasta los equipos militares. La principal y quizás la ventaja más revolucionaria de la electrónica digital es la disminución de tamaño y la mejora de la tecnología. La electrónica digital es aquiel sistea electrónico que utiliza una señal sigital en lugar de una señal analógica. La electrónica digital es la representación más común del álgebra boolena y es la base de todos los circuitos digitales para computadoras, teléfonos móviles y muchos otros productos de consumo. La unidad fundamental más común de la electrónica digital es la puerta lógica. Combinando numerosas puertas lógicas se pueden crea sistemas más complejos. El sitema complejo de electrónica sigital se conoce colectivamente como circuito digital. Para la mayoría de los ingenieros electrónicos, los términos “circuito digital”, “sistema digital” y “lógica” son intercambiables en el contexto de los circuitos digitales.
2.1.1 ¿Qué es una señal analógica?
Es la señal que se transmite con información representada en una función matemática continua. Las señales análogas sueles ser adecuadas para transmitir video y audio, expandiéndose mediante ondas senoidales, logrando ser solo leidas por
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dispositivos que estén diseñados para este fin en específico. Para que las distintas señales analógicas que se transmitan puedan ser interpretadas de una manera adecuada habrá que tener un decodificador que permita cumplir con el proceso de trabajo. Una de las ventajas de las señales analógicas es que hay poco consumo de ancho de banda, mientras que por otro lado es un tipo de acción que se procesa en tiempo real. Hay menores necesidades en términos de inversión y la calidad sueles ser más fiel a la realidas.
Imagen: Señal Análoga Fuente: https://www.decu.com.mx/senal-digital-y-analoga-que-es/
2.1.2 ¿Qué es una señal digital?
Esta es una señal discreta cuantificada que se expresa en Bits. La lógica buinaria utilizada es 0 y 1, se determina en conjunto con la amplitud la cual cambia cada segundo. “T = Tiempo”. Contiene variables eléctricas con dos niveles bien diferenciados que se alternan en el tiempo transmitiendo información según un cófigo previamente acordado, cada nivel eléctrico representa uno de los símbolos 0 o 1. El proceso de las ondas senoidales en las señales analógicas cambia de forma completa para dar paso a ondas cuadrads., lo que permite hace uso de la modulación digital y de un tipo de sñal que no es continua. Uno de los aspectos a tomar en cuenta, es que las señales digitales proporcionan una mayor capacidad para transmitir información de una manera fiel. Estas señales no producen deterioro en la información ni en la calidad de los datos, lo que ayuda a que el resultado sea más adecuado.
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Imagen: Señal Digital Fuente: https://www.decu.com.mx/senal-digital-y-analoga-que-es/
2.2 Sistemas de Numeración En la electrónica digital, el sistema numérico se utiliza para representar la información. El sistema numérico tiene diferentes bases y las más comunes son el decimal, binario, octal y hexadecimal, los baso o radix del sistema numérico es el número total de digito utilizado en el sistema numérico. Supongamos que, si el sistema numérico representa el dígito de 0 a 9, la base del sistema es el 10.
Imagen: Sistemas numéricos más importes Fuente: https://illustrationprize.com/es/368-number-system-in-digital-electronics.html
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2.2.1 Binario Por: Christian Contreras Este es el sistema numérico que utilizan los sistemas digitales para contar y es el código al que se traduce todas las informaciones que se mandan o se reciben. Se sice “Binario” a todo aquello que tiene dos partes, dos aspectos, etc. Cmuchas cosas en los sistemas digitales son binarias: Los impulsos eléctricos que circulan en los circuitos son de baja o de alta tensión, los interruptores están encendidos o apagados, abiertos o cerrados, etc. A diferencia del sistema decimal al que todos estamos acostumbrados y que utiliza diez cifras del 0 al 9, el sistema numérico binario utiliza solo dos cifras los cuales son el 0 y el 1. En el sistema binario las columnas no representan la unidad, la decena, la centena, etc, como en el sistema decimal, sino la unidad 2^0, el doble 2^1, el cuadruple 2^2, etc. De modo que al sumar en la misma columna 1 y 1, dará como resultado 0, llevándonos 1 a la columna inmediatamente a la izquierda. Para los sistemas digitales es fácil implementar el sistema binario hasta el punto que reduce todas las operaciones a sumas y restas de números binarios.
Imagen: Sistemas numérico binario Fuente: https://unicrom.com/sistema-de-numeracion-binario/
También las palabras, los números y los dibujos se traducen en el orden en secuencias de 1 y 0. Podemos decir que toda letra, cifra o símbolo gráfico es codificado en una secuencia de 0 y 1. Si, por ejemplo, nuestro nombre tiene ocho letras, la representación para el ordenador constara de ocho bytes. La palabra bit deriva de las dos palabras inglesas “binary digit” cifra binaria y designa a las dos cifras 0 y 1, que se utiliza en el sistema binario. Un bit es también la porción más pequeña de información representable mediante un número, e indica si una cosa es verdadera o falsa, alta o baja, negra o blanca, etc.
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Un byte es generalmente una secuencia de 8 bits. Ocho ceros y unos se pueden ordenar de 256 maneras diferentes ya que cada bit tiene un valor de posición diferente. El bit número 1 le corresponderá un valor de posición de 2^0(1), el siguiente bit tendrá un valor de 2^1(2), el siguiente 2^2(4), el siguiente 2^3(8) y así sucesivamente hasta llegar la última posición, o ultimo bit, en este caso el número 8, que también es llamado el MSB (Bit mas significativo) y el LSB (Bit menos significativo) correspondiente a la primera posición o bit número 1.
Imagen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.areatecnologia.com/sistema-binario.htm
Ejemplos: Conversión de binario a decimal: Se multiplica el número poe la potencia asociada de la posición en la que se encuentra y luego se suman todos los resultados.
magen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.areatecnologia.com/sistema-binario.htm
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Conversión de binario a octal: Se agrupa el número binario en conjunto de 3 posiciones, comenzando de izquierda a derecha, se convierte a su representación en decimal y finalmente se agrupan en el mismo orden que se obtienen.
magen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.areatecnologia.com/sistema-binario.htm
Conversión de binario a hexadecimal: Se agrupa el número binario en conjunto de 4 posiciones, comenzando de derecha a izquierda, se convierte cada conjunto a su representación en decimal y finalmente se agrupan en el mismo orden que se obtienen.
magen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.areatecnologia.com/sistema-binario.htm
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2.2.2 Octal La base de un sistema numérico es igual al número de dígitos utilizados, es decir, para el sistema numérico decimal, la base es diez, mientras que para el sistema binario la base es dos. El sistema octal tiene la base de ocho, ya que utiliza ocho dígitos 0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Todos estos dígitos del 0 al 7 tienen el mismo significado físico como por símbolos decimales, el siguiente digito en el número octal se representa por 10, 11, 12, que son equivalentes a los dígitos decimales 8, 9, 10 respectivamente. De esta manera, el número octal 20 representará el digito decimal y, posteriormente, 21, 22, 23. Los números octales representarán el digito decimal número 17, 18, 19… y así sucesivamente.
Imagen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.lifeder.com/sistema-octal/
Ejemplos: Conversión de octal a decimal: Se basa en en multiplicar cada digito del numero octal por el numero decimal equivalente resudado de la potencia correspondiente según la posición de dicho digito en el numero.
magen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.areatecnologia.com/sistema-binario.htm
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Conversión de octal a binario: Se basa tan solo en sustituir cada digito del numero octal por los TRES (3) dígitos binarios que le corresponden.
magen: Sistemas de conversión binario Fuente: https://www.areatecnologia.com/sistema-binario.htm
Conversión de octal a hexadecimal: Se basa en pasar el número octal a binario y posteriormente pasar ese numero binario a hexadecimal, para ello vamos a contar con dos tablas de conversión, una de ellas será la tabla de conversión octal a binario y la otra será la tabla de conversión binario a hexadecimal.
2.2.3 Hexadecimal Las conversiones entre binario, octal y hexadecimal desempeñan un papel importante en las computadoras digitales. Puesto que 23 =8 y 24 =16, cada dígito octal corresponde a tres dígitos binarios y cada dígito hexadecimal corresponde a cuatro dígitos binarios. En la tabla 1-2 se presentan los primeros 16 números de los sistemas numéricos decimal, binario, octal y hexadecimal. La conversión de binario a octal se efectúa fácilmente acomodando los dígitos del número binario en grupos de tres, partiendo del punto binario tanto a la izquierda como a la derecha. Luego, se asigna el dígito octal correspondiente a cada grupo. Este ejemplo ilustra el
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procedimiento:
Figura: Conversion Decimal a octal Fuente: Diseño Digital, Morris Mano 3ed.
Figura: Tabla 1-2, Números con diferente base Fuente: Diseño Digital, Morris Mano 3ed. La conversión de binario a hexadecimal es similar, sólo que el número binario se divide en grupos de cuatro dígitos:
Figura: Conversion decimal a hexadecimal Fuente: Diseño Digital, Morris Mano 3ed.
Figura: Conversion Octal a binario Fuente: Diseño Digital, Morris Mano 3ed.
Figura: Conversion hexadecimal a binario Fuente: Diseño Digital, Morris Mano 3ed. Es fácil recordar el dígito hexadecimal (u octal) que corresponde a cada grupo de dígitos binarios si se examinan los valores de la tabla 1-2. La conversión de octal o hexadecimal a binario se hace invirtiendo el procedimiento anterior. Cada dígito octal
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se convierte a su equivalente binario de tres dígitos. Asimismo, cada dígito hexadecimal se convierte en su equivalente binario de cuatro dígitos. Los ejemplos siguientes ilustran el procededimiento:
Figura: Binario Decimal agrupaciones en 4 bits Fuente: Diseño Digital, Morris Mano 3ed.
2.2.4 Decimal El sistema decimal es un sistema posicional que utiliza como base el numero 10, que corresponde al numero de símbolos del sistema y que son los siguientes: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
2.3 Sistemas de Conversiones Por: Mayro de León 2.3.1 CONVERSIÓN DE UN NUMERO DECIMAL A BINARIO
Para esta transformación es necesario tener en cuenta los pasos que mostraremos en el siguiente ejemplo: Transformemos el numero 42 a numero binario 1. Dividimos el numero 42 entre 2 2. Dividimos el cociente obtenido por 2 y repetimos el mismo procedimiento hasta que el cociente sea 1. 3. El numero binario lo formamos tomando el primer dígito el ultimo cociente, seguidos por los residuos obtenidos en cada división, seleccionándolos de derecha a izquierda, como se muestra en el siguiente esquema.
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Imagen: Ejemplo de Conversionde Decimal Binario del tamaño solicitado Fuente: https://ladelec.com/teoria/electronica-digital/343-conversiones-de-sistemas-de-
numeracion
2.3.2 CONVERSIÓN DE UN NUMERO BINARIO A UN NUMERO DECIMAL Para convertir un número binario a decimal, realizamos los siguientes pasos: 1. Tomamos los valores de posición correspondiente a las columnas donde aparezcan únicamente
unos
2. Sumamos los valores de posición para identificar el numero decimal equivalente
Imagen: Ejemplo de Binario a Decimal del tamaño solicitado Fuente: https://ladelec.com/teoria/electronica-digital/343-conversiones-de-sistemas-de-
numeracion
2.3.3 CONVERSIÓN DE UN NUMERO DECIMAL A OCTAL Para convertir un numero en el sistema decimal al sistema de numeración Octal, debemos seguir los pasos que mostraremos en el siguiente ejemplo Convertir el numero decimal
323.625
a
el
sistema
de
numeración
Octal
1. Se toma el numero entero y se divide entre 8 repetidamente hasta que el dividendo sea menor que el divisor, para colocar entonces el numero 0 y pasar el dividendo a formar el
primer
dígito
del
numero
equivalente
en
decimal
2. Se toma la parte fraccionaria del numero decimal y la multiplicamos por 8 sucesivamente
hasta
que
el
producto
no
tenga
números
fraccionarios
3. Pasamos la parte entera del producto a formar el dígito correspondiente
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4. Al igual que los demás sistemas , el numero equivalente en el sistema decimal , esta formado por la unión del numero entero equivalente y el numero fraccionario equivalente.
Imagen: Ejemplo de Demimal a Octal del tamaño solicitado Fuente: https://ladelec.com/teoria/electronica-digital/343-conversiones-de-sistemas-de-
numeracion
2.3.4 CONVERSIÓN DE UN NUMERO OCTAL A BINARIO La ventaja principal del sistema de numeración Octal es la facilidad conque pueden realizarse la conversión entre un numero binario y octal. A continuación mostraremos un ejercicio que ilustrará la teoría. Por medio de este tipo de conversiones, cualquier numero Octal se convierte a binario de manera individual. En este ejemplo, mostramos claramente el equivalente 100 111 010 en binario de cada numero octal de forma individual.
Imagen: Ejemplo de Octal a Binario del tamaño solicitado Fuente: https://ladelec.com/teoria/electronica-digital/343-conversiones-de-sistemas-de-
numeraciom
2.3.5 CONVERSIÓN DE UN NUMERO DECIMAL A UN NUMERO HEXADECIMAL Convertir el numero 250.25 a Hexadecimal 1. Se toma la parte entera y se divide sucesivamente por el numero decimal 16 (base) hasta que el cociente sea 0 2. Los números enteros resultantes de los cocientes, pasarán a conformar el numero hexadecimal correspondiente, teniendo en cuenta que el sistema de numeración hexadecimal posee solo 16 símbolos, donde los números del 10 hasta el 15 tienen
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símbolos alfabéticos que ya hemos explicado 3. La parte fraccionaria del numero a convertir se multiplica por 16 (Base) sucesivamente hasta que el producto resultante no tenga parte fraccionaria 4. Al igual que en los sistemas anteriores, el numero equivalente se forma, de la unión de los dos números equivalentes, tanto entero como fraccionario, separados por un punto que establece la diferencia entre ellos.
F Imagen: Ejemplo de Decimal a Hexadecimal del tamaño solicitado Fuente: https://ladelec.com/teoria/electronica-digital/343-conversiones-de-sistemas-de-
numeracion
2.3.6 CONVERSIÓN DE UN NUMERO HEXADECIMAL A UN NUMERO DECIMAL Como en los ejemplos anteriores este también nos ayudará a entender mejor este procedimiento: Convertir el numero hexadecimal 2B6 a su equivalente decimal. 1. Multiplicamos el valor de posición de cada columna por el dígito hexadecimal correspondiente. 2. El resultado del número decimal equivalente se obtiene, sumando todos los productos obtenidos
en
el
paso
anterior.
Imagen: Ejemplo de Hexadecimal a Decimal del tamaño solicitado Fuente: https://ladelec.com/teoria/electronica-digital/343-conversiones-de-sistemas-de-
numeracion
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2.4 Operaciones básicas con sistemas numéricos Por: Mayro de León OPERACIONES ARITMÉTICAS DE LOS DISTINTOS SISTEMAS. Al igual que en el sistema decimal, también en otros sistemas de numeración, se pueden realizar operaciones aritméticas, tales como: suma, resta, multiplicación y división tomando como referencia la base del sistema dado. SUMA BINARIA: Las operaciones de suma binaria se realizan de la siguiente forma:
2.4.1 SUMA OCTAL: Se debe restar o dividir la semisuma de cada columna, cuando la misma exceda la base del sistema, y colocar en la columna inmediata del lado izquierdo, el valor del acarreo tantas veces se haya superado la base del sistema. De esta misma forma cada unidad que se acarree equivale a ocho unidades de la columna anterior. Ejemplo: Dado los números b Dado los números binarios: inarios: A. 40740647 y B. 2 A. 40740647 y B. 25675300, Obtener A+B
2.4.2 SUMA HEXADECIMAL: Se debe restar o dividir la semisuma de cada columna, cuando la misma exceda la base del sistema, y colocar en la columna inmediata del lado izquierdo, el valor del acarreo tantas veces se haya superado la base del sistema. Cada unidad que se acarree equivale a dieciséis unidades de la columna anterior. Ejemplo: Dado los números binarios:
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2.4.3 MULTIPLICACIÓN BINARIA, OCTAL Y HEXADECIMAL. La operación aritmética de multiplicar se realiza del mismo del mismo modo que en el sistema numérico decimal. MULTIPLICACIÓN BINARIA: Ej: Multiplicar A. 1110112 y B. 1112
2.4.3.1 MULTIPLICACIÓN OCTAL: Ej: Multiplicar A. 672348 y B. 168
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2.4.3.2 MULTIPLICACIÓN HEXADECIMAL: Ej: Multiplicar A. 67D3416 y B. 1216
Fuente: https://es.scribd.com/doc/57158501/Sistemas-Numericos-Operaciones-Basicas
2.4.3.3 DIVISIÓN BINARIA, OCTAL Y HEXADECIMAL. La operación aritmética de dividir se realiza del mismo modo que en el sistema numérico decimal. DIVISIÓN BINARIA:
Fuente: https://es.scribd.com/doc/57158501/Sistemas-Numericos-Operaciones-Basicas
DIVISIÓN OCTAL Y OCTAL Y HEXADECI HEXADECIMAL: La división se efectúa del mismo modo que en el sistema decimal y se realiza directamente en la misma base del sistema octal o del sistema octal o hexadecimal. Sin embargo, hexadecimal. Sin embargo, también se puede obtener previamente la conversión en binario y proceder, como en el caso anterior, a realizarla en binario; y d anterior, a realizarla en binario; y después el res espués el resultado transformarlo de nuevo al siste ultado transformarlo de nuevo al sistema numérico ma numérico original.
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2.5 Algebra de Boole y Teorema de Morgan Por: Mayro de León
2.5.1 Algebra de Boole
Es una rama especial del álgebra que se usa principalmente en electrónica digital. El álgebra booleana fue inventada en el año 1854 por el matemático inglés George Boole. El álgebra de Boole es un método para simplificar los circuitos lógicos (o a veces llamados circuitos de conmutación lógica) en electrónica digital. Por lo tanto, también se llama como "Cambio de álgebra". Podemos representar el funcionamiento de los circuitos lógicos utilizando números, siguiendo algunas reglas, que son bien conocidas como "Leyes del álgebra de Boole". También podemos hacer los cálculos y las operaciones lógicas de los circuitos aún más rápido siguiendo algunos teoremas, que se conocen como "Teoremas del álgebra de Boole". Una función booleana es una función que representa la relación entre la entrada y la salida de un circuito lógico. La lógica booleana solo permite dos estados del circuito, como True y False. Estos dos estados están representados por 1 y 0, donde 1 representa el estado "Verdadero" y 0 representa el estado "Falso". Lo más importante para recordar en el álgebra de Boole es que es muy diferente al álgebra matemática regular y sus métodos.
Leyes fundamentales ORA + 0A + 1A + AA + A====A1A1ANDA • 0A • 1A • AA • A====0AA0NOTA=A
Leyes conmutativas A+B=B+A A∙B=B∙A
Leyes asociativas (A + B) + C = A + (B + C) (A ∙ B) ∙ C = A ∙ (B ∙ C)
Leyes distributivas A ∙ (B + C) = (A ∙ B) + (A ∙ C) A + (B ∙ C) = (A + B) ∙ (A + C)
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Otras identidades útiles A + (A ∙ B) = A A ∙ (A + B) = A A + (A ∙ B) = A + B (A + B) ∙ (A + B) = A (A + B) ∙ (A + C) = A + (B ∙ C) A + B + (A ∙ B) = A + B (A ∙ B) + (B ∙ C) + (B ∙ C) = (A ∙ B) + C (A ∙ B) + (A ∙ C) + (B ∙ C) = (A ∙ B) + (B ∙ C) Fuente: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/teoria/algebra-booleana/
Imagen: Ejemplo de Algebra booleana del tamaño solicitado Fuente: https://carlos-luna.github.io/tecnologias-de-las-computadoras/algBool.html
2.5.1 Teorema de Morgan El Teorema de Morgan permite transformar funciones producto en funciones suma y viceversa. Su principal aplicación práctica es realizar circuitos digitales utilizando un solo tipo de compuerta. También es muy utilizado en el álgebra booleana para obtener el complemento de una expresión o una función, además para simplificar expresiones y funciones booleanas. El teorema de Morgan es una herramienta muy útil para desarrollar circuitos digitales, ya que permite obtener la función de una compuerta lógica con la combinación de otras compuertas lógicas, por ejemplo se puede realizar la función de la compuerta NAND con una compuerta OR y dos compuertas inversoras, y se puede obtener la función de una compuerta NOR con una compuerta AND y dos compuertas inversoras.
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Imagen: Ejemplo de Teorema de Morgan del tamaño solicitado Fuente: https://www.ecured.cu/Teorema_de_Morgan
•
En este ejemplo vamos a obtener la función de una compuerta NAND de tres entradas a partir de la combinación de una compuerta OR de tres entradas y tres compuertas inversoras, o la combinación de tres compuertas OR de dos entradas y tres compuertas inversoras.
Compuerta NAND
Combinación de la compuerta OR y los tres inversores
•
En este ejemplo vamos a obtener la función de una compuerta NOR de tres entradas a partir de la combinación de una compuerta AND de tres entradas y tres compuertas inversoras, o la combinación de tres compuertas AND de dos entradas y tres compuertas inversoras.
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Compuerta NOR
Combinación de la compuerta AND y los tres inversores
Fuente: https://www.ecured.cu/Teorema_de_Morgan
2.6. Compuertas lógicas y tablas de verdad Por: Javier Figueroa Las compuertas lógicas son uno de los componentes principales dentro de la electronica digital, y esto se debe a que se caracterizan por representar un valor de verdadero o uno de falso en su salida. A pesar de que solo representan dos valores, estos dispositivos son capaces de realizar diferentes operaciones lógicas, como; multiplicar, sumar, negar, afirmar, incluir o excluir. Todo depende de que tipo de compuerta se este utilizando.
Fuentte: https://www.ingmecafenix.com/electronica/compuertas-logicas/
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¿Cómo funcionan las compuertas lógicas? Para entender el funcionamiento de las compuertas
lógicas,
primero
debemos
entender
a
que
se
refieren
los
estados altos y bajos de un circuito, ya que muchas veces se puede llegar a la confusión de porque se utilizan estos conceptos. La manera más sencilla de entenderlos, es sabiendo que las compuertas lógicas tienen un rango de funcionamiento de 0 a 5 volts, y que dentro de este rango existe un umbral que nos indica cuando se cambia de un estado a otro. (Para tener un estado alto necesitamos un voltaje de 3.5 hasta 5, y para tener un estado bajo necesitamos un voltaje menor a 2.5)
Fuente: https://www.ingmecafenix.com/electronica/compuertaslogicas/
El funcionamiento de las compuertas depende de que tipo es el que se esta utilizando, ya que cada una reacciona de manera diferente, pero en términos generales, se encargan de verificar el estado lógico de cada una de sus entradas, y las comparan para poder arrojar un resultado.
Tablas de verdad de las compuertas lógicas Las tablas de verdad son una herramienta que se utiliza para conocer previamente el comportamiento de una compuerta lógica, en palabras sencillas, estas tablas representan todas las combinaciones que pueden tener los circuitos en sus entradas y el valor que toma la salida en cada caso.
Fuente: https://www.ingmecafenix.com/electronica/compuertas-logicas/
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2.6.1 AND, OR Y NOT Por: Javier Figueroa 2.6.1.1 Compuerta lógica AND ¿Qué es una compuerta lógica AND? La compuerta AND es también conocida como “todo o nada”. En el Álgebra de Boole se representa por una multiplicación, por lo tanto para tener la salida en estado activo es necesario que sus entradas tengan un estado binario 1, al tener una entrada inactiva “0” su salida será 0.
Fuente: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/compuertaslogicas/compuerta-and/
2.6.1.2 Circuito representativo de la compuerta AND Se puede representar mediante un circuito que tenga sus interruptores en serie, al tener todos los interruptores activos permite cerrar el circuito y por lo tanto el flujo de la corriente que permite activar el foco(representación). •
Un interruptor abierto corresponde a inactivo “0” y el interruptor cerrado corresponde a activo “1”.
Fuente: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/compuertas-logicas/compuerta-and/
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2.6.1.3 Diagrama de tiempo de la compuerta AND Para analizar circuitos lógicos complejos es útil bosquejar un diagrama de tiempo en el cual muestre simultáneamente los niveles de las entradas y salidas de un circuito en función del tiempo.
Fuente: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/compuertaslogicas/compuerta-and/
2.6.1.4 Compuerta lógica OR
La compuerta OR es denominada como la compuerta de “cualquiera o todo”. Su expresión en el Álgebra de Boole es representada por una suma. Esta compuerta se encuentra en estado activo siempre y cuando una de sus entradas tenga un estado binario activo “1”. Para lograr un estado inactivo “0” a la salida, es necesario que todas sus entradas se encuentren en estado inactivo “0”.
Fuente: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/compuertas-logicas/compuerta-or/
2.6.1.5 Circuito representativo de la compuerta OR Se puede representar mediante un circuito que tenga dos interruptores en paralelo, al accionar un interruptor permite cerrar el circuito y por lo tanto el flujo de la corriente. •
Un interruptor abierto corresponde a inactivo “0” y el interruptor cerrado corresponde a activo “1”.
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2.6.1.6Diagrama de tiempo de la compuerta OR Para analizar circuitos lógicos complejos es útil bosquejar un diagrama de tiempo en el cual muestre simultáneamente los niveles de las entradas y salidas de un circuito en función del tiempo. En el siguiente diagrama de tiempo se ilustra cada posible combinación de valores de entrada y las salidas correspondientes de la compuerta lógica OR, en otras palabras, nos proporciona un resumen gráfico de las relaciones entrada/salida.
Fuente: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/co mpuertas-logicas/compuerta-or/
2.7 Estructura interna de compuertas lógicas Por: Javier Figueroa 2.7.1 Las Compuertas Lógicas son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas binarias (suma, multiplicación). También niegan, afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Estas compuertas se pueden aplicar en otras áreas de la ciencia como mecánica, hidráulica o neumática.
Existen diferentes tipos de compuertas y algunas de estas son más complejas, con la posibilidad de ser simuladas por compuertas más sencillas. Todas estas tienen tablas de verdad que explican los comportamientos en los resultados que otorga, dependiendo del valor booleano que tenga en cada una de sus entradas.
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IFuentes: https://www.logicbus.com.mx/blog/compuertaslogicas/#:~:text=Las%20Compuertas%20L%C3%B3gicas%20son%20circuitos,binarias%20( suma%2C%20multiplicaci%C3%B3n).
Trabajan en dos estados, “1” o “0”, los cuales pueden asignarse a la lógica positiva o lógica negativa. El estado 1 tiene un valor de 5v como máximo y el estado 0 tiene un valor de 0v como mínimo y existiendo un umbral entre estos dos estados donde el resultado puede variar sin saber con exactitud la salida que nos entregara. Las lógicas se explican a continuación: •
La lógica positiva es aquella que con una señal en alto se acciona, representando un 1 binario y con una señal en bajo se desactiva. representado un 0 binario.
•
La lógica negativa proporciona los resultados inversamente, una señal en alto se representa con un 0 binario y una señal en bajo se representa con un 1 binario.
A continuación vamos a analizar las diferentes operaciones lógicas una por una comenzando por la más simple:
2.7.2Compuerta NAND También denominada como AND negada, esta compuerta trabaja al contrario de una AND ya que al no tener entradas en 1 o solamente alguna de ellas, esta concede un 1 en su salida, pero si esta tiene todas sus entradas en 1 la salida se presenta con un 0.
Fuentes: https://www.logicbus.com.mx/blog/compuertaslogicas/#:~:text=Las%20Compuertas%20L%C3%B3gicas%20son%20circuitos,binarias%20(suma%2C%20mu ltiplicaci%C3%B3n).
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2.7.3Compuerta NOR Así como vimos anteriormente, la compuerta OR también tiene su versión inversa. Esta compuerta cuando tiene sus entradas en estado 0 su salida estará en 1, pero si alguna de sus entradas pasa a un estado 1 sin importar en qué posición, su salida será un estado 0.
Fuentes: https://www.logicbus.com.mx/blog/compuertaslogicas/#:~:text=Las%20Compuertas%20L%C3%B3gicas%20son%20circuitos,binarias%20(suma%2C% 20multiplicaci%C3%B3n).
2.7.4 Compuerta XOR También llamada OR exclusiva, esta actúa como una suma binaria de un digito cada uno y el resultado de la suma seria la salida. Otra manera de verlo es que con valores de entrada igual el estado de salida es 0 y con valores de entrada diferente, la salida será 1.
IFuentes: https://www.logicbus.com.mx/blog/compuertaslogicas/#:~:text=Las%20Compuertas%20L%C3%B3gicas%20son%20circuitos,binarias%20(suma%2C%20 multiplicaci%C3%B3n).
2.7.5 Compuerta XNOR Esta es todo lo contrario a la compuerta XOR, ya que cuando las entradas sean iguales se presentara una salida en estado 1 y si son diferentes la salida será un estado 0.
IFuentes: https://www.logicbus.com.mx/blog/compuertaslogicas/#:~:text=Las%20Compuertas%20L%C3%B3gicas%20son%20circuitos,binarias%20(suma%2C%20multi plicaci%C3%B3n).
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2.7.6 Compuerta IF Esta compuerta no es una muy utilizada o reconocida ya que su funcionamiento en estados lógicos es parecido a si solo hubiera un cable conectado porque exactamente lo que se le coloque en la entrada, se encontrara en la salida. Pero también es conocido como un buffer, en la práctica se utiliza como amplificador de corriente o como seguidor de tensión para adaptar impedancias.
IFuentes: https://www.logicbus.com.mx/blog/compuertaslogicas/#:~:text=Las%20Compuertas%20L%C3%B3gicas%20son%20circuitos,binarias%20(suma%2C%20multipl icaci%C3%B3n).
2.8 Circuitos lógicos combinacionales Por: Christopher Furlán Según https://electronicaonline.net Un circuito lógico combinacional es aquel en el que el estado actual de la combinación de las entradas lógicas decide la salida. El término lógica combinacional significa la combinación de dos o más puertas lógicas para formar una función requerida donde la salida en un momento dado depende solo de la entrada. Las puertas lógicas son los bloques de construcción fundamentales de un circuito combinacional. Mediante el uso de la combinación de puertas lógicas se pueden implementar
circuitos
combinacionales
más
complejos
como
multiplexores
y
demultiplexores, comparadores, sumadores y restadores, etc. Un circuito combinacional consta de variables de entrada, puertas lógicas y variables de salida. Las puertas lógicas aceptan las entradas y, según el tipo de funcionamiento de la puerta lógica, a partir de ellas se generan señales de salida. Los datos de salida requeridos se obtienen de este proceso transformando la información binaria dada en la entrada. La siguiente figura muestra la representación esquemática de un circuito lógico combinacional generalizado que consta de n variables de entrada y m variables de salida.
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Imagen: representación esquemática de un circuito lógico combinacional Fuente: https://electronicaonline.net/wp-content/uploads/2021/05/diagrama-de-bloques-
combinacional.jpg
En la figura anterior, hay n variables de entrada y, por lo tanto, habrá 2n posibles combinaciones de bits en la entrada. Mediante una expresión booleana de variables de entrada, se expresa cada salida. Entonces, el resultado del circuito lógico combinacional generalizado anterior se puede expresar mediante m expresiones booleanas. En la figura anterior, el circuito acepta las variables binarias y, dependiendo de la combinación lógica de compuertas, genera salidas. Podemos decir que en los circuitos lógicos combinacionales las señales digitales son procesadas por el sistema digital que se puede construir con varias compuertas lógicas. Estos circuitos lógicos están hechos de varias compuertas lógicas, conectándolos en ciertas combinaciones, para producir la salida requerida. Los circuitos lógicos o circuitos digitales se clasifican principalmente en dos tipos, circuitos lógicos secuenciales y circuitos lógicos combinacionales.
Imagen: Ejemplo del tamaño solicitado (información) Fuente: https://electronicaonline.net/wp-content/uploads/2021/05/circuito-logico-
combinacional.jpg
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2.8.1 Mapas de Karaugh Por: Christopher Furlán Según: https://www.mecatronicalatam.com/ El mapa de Karnaugh o mapa-k es un diagrama utilizado para la simplificación de funciones algebraicas Booleanas, permitiendo de manera gráfica reconocer patrones y así reduce la necesidad de hacer cálculos
extensos
para
la
simplificación
de
expresiones
booleanas.
Ventajas: •
El mapa-k nos permite convertir la tabla de verdad de una ecuación booleana en una forma SOP(Suma de productos) o POS(Productos de suma) minimizada.
•
Reglas
básicas
y
sencillas
para
la
simplificación.
•
La facilidad del método permite que sea más rápido y más eficiente que otras técnicas de simplificación en el Álgebra de Boole.
Reglas: 1. Las agrupaciones o el término a considerar únicamente será del número “1”
2. Las agrupaciones únicamente se deben hacer en horizontal y vertical.
3. Las agrupaciones a considerar deben contener 2n elementos. Es decir cada agrupación que contiene cada grupo tendrá 1, 2, 4,8,…, 2n cantidad de número de uno o unos.
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4. Para una mejor simplificación se debe considerar el grupo más grande posible.
5. Se debe considerar todo número “1”.
6. Es posible solapar grupos de “1”.
7. La formación de grupos también se pueden producir con las celdas extremas de la tabla. 8. Debemos considerar el menor número de agrupaciones o grupos posibles obedeciendo las reglas anteriores.
2.9 Diseño de circuitos combinacionales Según https://electronicaonline.net/ Los circuitos combinacionales se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen calculadoras, técnicas de medición digital, computadoras, procesamiento digital, control automático de máquinas, procesamiento industrial, comunicaciones digitales, etc.
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Imagen: Clasificacion de circuito lógico combinacional Fuente: https://electronicaonline.net/wp-content/uploads/2021/05/circuito-logico-
combinacional-clasificacion.jpg
Se utilizan diferentes tipos de circuitos lógicos combinacionales para diversas aplicaciones. Dependiendo de la función del circuito lógico empleado, los circuitos lógicos combinacionales se clasifican principalmente en tres tipos, estos son, circuitos aritméticos y lógicos, circuitos de transmisión de datos y circuitos convertidores de código.
2.9.1 Circuitos Aritméticos y Lógicos Las operaciones aritméticas son una de las principales funcionalidades de la mayoría de las computadoras y calculadoras. Estas operaciones son realizadas por las compuertas lógicas o simplemente circuitos combinacionales que combinan las varias compuertas lógicas para realizar la función requerida. Estas funcionalidades aritméticas de los circuitos combinacionales incluyen suma, resta, multiplicación, etc. Algunos de los circuitos combinacionales utilizados para estas operaciones son Semisumador, Sumador completo, Semirestador, Resta completa, Sumador-Restador, Comparadores, PLD (Dispositivos lógicos programables), etc.
2.9.2 Circuitos de Transmisión de Datos Los circuitos combinacionales más utilizados son los multiplexores y demultiplexores. Un circuito lógico multiplexor acepta las diversas entradas de datos y pasa una de ellas a través de la salida a la vez. Estos se utilizan en aplicaciones de selección de datos, conversión en paralelo a serie, enrutamiento de datos en sistemas digitales.
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Un circuito demultiplexor realiza la operación inversa a la del multiplexor. Acepta la entrada única y la distribuye a múltiples salidas. Estos se utilizan en distribuidores, así como en aplicaciones de convertidores de serie a paralelo. Otros circuitos de transmisión de datos esenciales incluyen codificadores y decodificadores. Un circuito lógico decodificador convierte el código de entrada binario de n bits en 2n líneas de salida. Cada línea de salida se activa solo para una de las posibles combinaciones de las entradas. Estos se utilizan en la demultiplexación de datos, convertidores de digital a analógico y aplicaciones de visualización digital. Un circuito digital codificador convierte una señal de entrada activa en una señal de salida codificada como operación inversa del decodificador. Se utilizan en aplicaciones de compresión de bits.
2.9.3 Circuitos Convertidores de Código En algunas aplicaciones, es necesario interconectar dos bloques digitales de diferentes sistemas de codificación. Entonces, se usa un circuito de conversión entre dichos circuitos para convertir la información. Algunos de estos convertidores son de código binario a código gray, código gray a binario, BCD a código de exceso 3, código de exceso 3 a código BCD y circuitos de conversión de código de siete segmentos. Según https://electronicaonline.net/ Se puede diseñar un circuito combinacional siguiendo los siguientes pasos. 1. Identificación y determinación del número de variables de entrada disponibles y variables de salida requeridas. 2. Representar símbolos (alfabetos) para todas y cada una de las variables de entrada y salida. 3. Expresando la relación de la variable de entrada y salida. 4. Construcción de tabla de verdad que indique la relación entre las variables de entrada y salida. 5. Obtención de la expresión booleana para cada variable de salida en términos de variables de entrada. 6. Minimizar las expresiones booleanas de varias variables de salida. 7. Obtención del diagrama lógico mediante la implementación de expresiones booleanas minimizadas.
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Para minimizar las expresiones booleanas, se encuentran disponibles varias técnicas de simplificación para reducir el número de compuertas y, por lo tanto, reducir el costo de implementación. Estas técnicas incluyen teoremas e identidades del álgebra booleana, mapas de Karnaugh (mapas K), tabulación de Quinne-McCluskey, etc. Para la implementación de hardware del circuito combinacional, se prefieren las siguientes pautas.
•
La implementación del circuito debe ser tal que, tenga un número mínimo de compuertas, teniendo un número mínimo de entradas.
•
El número de interconexiones entre las compuertas debería ser mínimo y el tiempo de propagación debería ser el mínimo.
•
Siempre debe haber una limitación en la capacidad de conducción de las compuertas.
Este es el método simple, efectivo y tradicional de diseñar un circuito combinacional para circuitos pequeños. Si el circuito es más complejo, la cantidad de compuertas requeridas es mayor y también requiere una mayor cantidad de cables entre ellas. Por lo tanto, diseñar tales circuitos puede ser menos confiable y requerir más tiempo. Para superar estos problemas, la mayoría de los circuitos combinacionales están disponibles en circuitos integrados (CI) que se utilizan ampliamente en el diseño de sistemas digitales. Depende de la capacidad de integración de las compuertas, estos circuitos integrados se clasifican en circuitos integrados de pequeña, mediana, grande y muy grande escala. Para realizar funciones digitales específicas tales como adición, multiplexación, demultiplexación, codificación, decodificación, comparación, etc., en los sistemas digitales se utilizan principalmente circuitos integrados de escala media integrada (MSI).
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Imagen: Análisis y diseño de circuitos combinacionales Fuente: https://i.ytimg.com/vi/eSodNeKZRHo/maxresdefault.jpg
2.10 Circuitos lógicos secuenciales Por: Justin García Se denominan circuitos secuenciales a aquellos circuitos lógicos cuya salida no esta condicionada solamente por la combiancion de las variables de entrada, si no también por el orden de las mismas. Podemos decir que un circuito secuencial posee salidas que estarán en 0 a 1 dependiendo de no solo del valor actual de las variables de entrada, sino también de la historia del sistema.
2.10.1 Tipos de circuitos secuenciasles Existen 2 tipos de principals de circuitos secuenciasles que son:
2.10.2 Circuito Secuencias Asincrono
Es aquel que su estado puede ser afectado en cualquier instante al cambiar el valor
de
las
entradas.
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2.10.3 Circuito Secuncial Sincrono
Utiliza señales que modifican su estado solo en instantes discretos de tiempos.
Fuente:
http://www.itq.edu.mx/carreras/IngElectronica/archivos_contenido/Apuntes%20de%20materias/ Apuntes_Log_Sec_Comb/Sesion_12_LSC.pdf
2.11 Flip-flops, tipos de flip-flops, simbología
El flip-flop es un multivibrador biestable capaz de permanecer en uno o dos estados en un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Se dividen en 2 tipos que son: Sincronos y Asincrono.
2.11.1 Tipos y Simbología
Fuente: https://www.simbologia-electronica.com/simbolos-electricos-electronicos/simbolos-flip-
flop.htm
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Fuente:
https://www.simbologia-electronica.com/simbolos-electricos-electronicos/simbolos-flip-flop.htm
Fuente:
https://www.simbologia-electronica.com/simbolos-electricos-electronicos/simbolos-flip-flop.htm
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2.12 Máquinas de estados
Se denomina maquina de estados a un modelo de comportamiento de un sistema con entradas y salidas en donde depende no solo de las señales de entradas actuales, sino también de las anteriores
Fuente:
https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
2.16 Maquina de moore Por: Walter González Los estados de los circuitos son también las salidas del mismo. Es muy usado para generar secuencias de conteo ya que requiere menos circuitos combinacionales. En la maquina de moore, la salida se toma directamente del registro, por lo que no necesita logica combinacional para sintetizar la salida.
Fuente:
https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
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2.17 Máquina de Mealy Dado el estado actual Q. Si llega un valor a la entrada el circuito de lógica / combinacional (L/C) calcula el estado siguiente y la salida. Cuando llega un pulso de reloj, se captura el nuevo estado. Defecto: Con el pulso de reloj se captura el nuevo estado y el L/C recalcula otro estado y una nueva salida.
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
2.17.1 Ejemplo de maquina de Moore Por: Walter González
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
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Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
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2.18 Diseño de Circuitos lógicos secuenciales Por: Walter González 2.18.1 Registro de desplazamiento. Un registro de desplazamiento es una combinación de N flip flops que permiten hacer transformaciones serie-paralelo y paralelo-serie de N bits. Un circuito típico es el siguiente:
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
Este circuito permite memorizar y operar un dato de en este caso 4 bits. El registro de desplazamiento puede operar este dato de las siguientes formas: •
Entrada de información serie a una determinada frecuencia, y salida serie a una
frecuencia distinta. •
Entrada de información serie, memorización, y posterior salida en paralelo.
•
Entrada de información en paralelo, memorización, y posterior salida en serie.
2.18.2 Circuitos contadores. Son circuitos realizados con flip flops conectados en cascada, y cuya finalidad es contar impulsos o eventos, medir tiempos, medir frecuencias, etc. Se los clasifica en dos formas: asincrónicos y sincrónicos.
2.18.2.1 Contador Binario asincronico En este caso tenemos un contador con 4 flip flops, es decir con una cuenta de 4 bits. Con 4 bits se pueden hacer 24 = 16 conteos, cuyo código estará disponible en las salidas Q3 Q2 Q1 Q0.
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Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados Los pulsos a ser contados se introducen en la entrada de reloj del flip flop de mas a la izquierda. En todos los flip flops las entradas J-K se conectan a 1, lo que hace que los flip flops se comporten como tipo T (la salida Q cambia por cada pulso que se le aplique a la entrada de reloj Ck, en este caso en el flanco de bajada).
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
2.18.2.2 Contador descendente asincrónico Este contador cuenta en forma descendente. Cuando llega el primer pulso, debido a que la conexión entre flip flops se hace a través de las salidas negadas Q hacia las entradas de reloj, todas las salidas pasan a valor 1. En pulsos sucesivos de reloj, las transiciones de los flip flops hacen que comiencen a contar en forma descendente.
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados
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2.18.2.3 Contadores sincrónicos La velocidad de conteo de los contadores asincrónicos está limitada por el tiempo de propagación, que es el tiempo requerido para que el contador complete su respuesta a un pulso de entrada. El mayor tiempo de propagación se va a dar cuando todos los flip flops cambien sus salidas (por ejemplo de 1111 a 0000). En algunas aplicaciones, este tiempo puede llegar a ser mayor que el período de los pulsos de entrada a ser contados, lo cual puede hacer que el conteo sea erróneo. Esto limita la frecuencia máxima de conteo de los contadores asincrónicos. Para aumentar esta frecuencia de conteo, se utilizan los contadores sincrónicos o en paralelo, en los que todos los flip flops se disparan simultáneamente (en paralelo) mediante los pulsos de entrada a ser contados. Como los pulsos llegan a todos los flip flops, se utiliza un circuito lógico para determinar cual de los flip flops debe cambiar según vaya avanzando la cuenta. Veamos el circuito de un contador sincrónico de 4 bits:
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_estados Como vemos el contador está compuesto por cuatro flip flops con lógica de control T (J = K). Si T = 0 el flip flop no cambia su salida cuando llega el pulso de reloj (pulso a ser contado). Cuando T = 1, la salida Q del flip flop se complementa cada vez que se presente un pulso de reloj. Notemos que: •
Q0 (bit menos significativo de la cuenta) cambia con cada pulso de reloj (ya que T0 = 1).
•
Q1 cambia con cada pulso de reloj, pero sólo cuando Q0 es 1.
•
Q2 cambia con cada pulso de reloj, sólo si Q0 = Q1 = 1.
•
Q3 cambia con cada pulso de reloj, sólo si Q0 = Q1 = Q2 = 1.
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Capítulo III 3.1 Microcontroladores y lenguajes de programación Por: Stuard Hernández
3.1.1 Microcontrolares y Lenguajes de Programación
Un microcontrolador ejecuta el programa cargado en la memoria Flash. Esto se denomina el código ejecutable y está compuesto por una serie de ceros y unos, aparentemente sin significado. Dependiendo de la arquitectura del microcontrolador, el código binario está compuesto por palabras de 12, 14 o 16 bits de anchura.
https://cdn.mikroe.com/ebooks/img/37/2016/02/al-mundo-de-losmicrocontroladores-chapter-02fig2-11.gif
Cada palabra se interpreta por la CPU como una instrucción a ser ejecutada durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las instrucciones que el microcontrolador puede reconocer y ejecutar se les denominan colectivamente Conjunto de instrucciones. Como es más fácil trabajar con el sistema de numeración hexadecimal, el código ejecutable se representa con frecuencia como una serie de los números hexadecimales denominada código Hex. En los microcontroladores PIC con las palabras de programa de 14 bits de anchura, el conjunto de instrucciones tiene 35 instrucciones diferentes. Algunos microcontroladores pueden utilizar palabras de cuatro bits y funcionan a velocidad de reloj con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja potencia (mW o microwatts). Por lo general, tendrá la capacidad de mantenerse a la espera de un evento como pulsar un botón o de otra interrupción; así, el consumo de energía durante el estado de reposo (reloj de la CPU y los periféricos de la mayoría) puede ser solo de nanowatts, lo que hace que muchos de ellos sean muy adecuados para aplicaciones con batería de larga duración. Otros microcontroladores pueden servir
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para roles de rendimiento crítico, donde sea necesario actuar más como un procesador digital de señal (DSP), con velocidades de reloj y consumo de energía más altos. Cuando es fabricado el microcontrolador, no contiene datos en la memoria ROM. Para que pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en la EEPROM o equivalente del microcontrolador algún programa, el cual puede ser escrito en lenguaje ensamblador u otro lenguaje para microcontroladores; sin embargo, para que el programa pueda ser grabado en la memoria del microcontrolador, debe ser codificado en sistema numérico hexadecimal que es finalmente el sistema que hace trabajar al microcontrolador cuando este es alimentado con el voltaje adecuado y asociado a dispositivos analógicos y discretos para su funcionamiento.
Furnte: https://encrypted-
tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRP9sfhhzPeESvxQTWyzr9gsGrtj8TWKt8dkg&usqp =CAU Como el proceso de escribir un código ejecutable era considerablemente arduo, en consecuencia, fue creado el primer lenguaje de programación denominado ensamblador (ASM). Siguiendo la sintaxis básica del ensamblador, era más fácil escribir y comprender el código. Las instrucciones en ensamblador consisten en las abreviaturas con significado y a cada instrucción corresponde una localidad de memoria. Un programa denominado ensamblador compila (traduce) las instrucciones del lenguaje ensamblador a código máquina (código binario). Este programa compila instrucción a instrucción sin optimización. Como permite controlar en detalle todos los procesos puestos en marcha dentro del chip, este lenguaje de programación todavía sigue siendo popular.
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El lenguaje C dispone de todas las ventajas de un lenguaje de programación de alto nivel (anteriormente descritas) y le permite realizar algunas operaciones tanto sobre los bytes como sobre los bits (operaciones lógicas, desplazamiento etc.). Las características de C pueden ser muy útiles al programar los microcontroladores. Además, C está estandarizado (el estándar ANSI), es muy portable, así que el mismo código se puede utilizar muchas veces en diferentes proyectos. Lo que lo hace accesible para cualquiera que conozca este lenguaje sin reparar en el propósito de uso del microcontrolador. C es un lenguaje compilado, lo que significa que los archivos fuentes que contienen el código C se traducen a lenguaje máquina por el compilador. Todas estas características hicieron al C uno de los lenguajes de programación más populares.
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3.2 Microcontrolador Por: Stuard Hernández
Es un equipo con las mismas características de una computadora, solo que su tamaño es más pequeño. Tiene un CPU (Central Processing Unit) por sus siglas en inglés, una memoria RAM y una memoria ROM. Es el cerebro de un sistema informático y el motor que activa el funcionamiento de un equipo. Su utilidad está presente en muchas áreas de la vida cotidiana, en la industria cumple una tarea fundamental, ya que es utilizado como complemento en la automatización de diversas operaciones. Con un microcontrolador tenemos la posibilidad de realizar múltiples tareas, tales como la administración de entrada y salida en un proceso informático determinado. En el sector industrial es frecuente ver su aplicación en controladores y otros sistemas de automatización que detallaremos más adelante. Por otro lado, en la mayoría de los dispositivos tecnológicos que usamos está presente el microcontrolador. Ellos hacen posible el funcionamiento de ordenadores, celulares, calculadoras, laptop, relojes, alarmas, entre otros equipos. Los microcontroladores se clasifican de diferentes maneras, de acuerdo a los bits, a las instrucciones y el tipo de memoria.
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De acuerdo a sus bist lo podemos encontrar de 8, 16 o 32 bits (unidad de información). Cada uno de estos controladores es utilizado según la capacidad de bits que amerite el sistema, por ejemplo, los sistemas automáticos requieren 32 bits. Con relación a el tipo de instrucción, los hay de indicaciones reducidas, los cuales se conocen con el código RISC-RISC y los de instrucciones difíciles. Estos pueden hacer varias tareas simples a la vez. Los tipos según la memoria se clasifican en Harvard Memory Architecture Microcontroller y Microcontrolador de arquitectura de memoria Princeton. El microcontrolador está compuesto por un circuito integrado donde convergen varios elementos. Su funcionamiento dependerá del programa para el cual fue implementado. En la memoria del dispositivo se almacenan los datos, para que el CPU realice las instrucciones de dicho programa. Es importante mencionar que antes de grabar información en un microcontrolador, es necesario agrupar los datos a formato hexadecimal para que el dispositivo pueda funcionar.
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Un microcontrolador es una computadora en pequeña escala. Eso quiere decir que en su interior contiene un CPU, unidades de memoria, puertos de entrada y salida, periféricos, osciladores, módulos de comunicación, DAC, ADC, entre otros. Mientras un microprocesador es de uso general y es un componente aparte de los demás que están en una computadora, los microcontroladores se utilizan para realizar tareas específicas, mayormente en los sistemas embebidos; estos son de propósito limitado y por lo general montado en una única PCB.
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Eso quiere decir que un microcontrolador no cuenta con la potencia para, por ejemplo, cargar un sistema operativo. Pero puede realizar tareas como las de accionar un mecanismo con un botón, enviar y recibir datos, controlar pantallas, convertir señales analógicas a digitales y viceversa, automatizar procesos, comunicarse con internet, entre otras tareas. Elegir un microcontrolador involucra que se tiene en mente el uso que se le dará. Pensar en la cantidad de memoria que necesita, los puertos de entrada y salida, los protocolos de comunicación que necesitamos, el consumo eléctrico, el lenguaje del que haremos uso, el tiempo del que disponemos para la realización del proyecto, el costo de inversión, entre otros factores importantes para mantener la calidad de un proyecto. Lo bueno es que puedes saber todas las características de un microcontrolador leyendo su hoja de datos o datasheet, estás se pueden conseguir en la página de los fabricantes y repositorios en línea. Pero su lectura involucra un análisis detallado. Uno de los fabricantes que más conocidos es Microchip que además es dueña de Atmel, otro fabricante popular. Microchip ha destacado por su familia de microcontroladores PIC. Al ser tan popular puedes encontrar muchos proyectos en internet que te sirvan de ayuda. El problema es que al momento de cargar un programa se necesitan voltajes mayores a 5 V por lo que se suele necesitar un circuito externo que regule la energía. Atmel presenta su familia AVR. Es más fácil subir un programa a estos microprocesadores ya que necesitan pocos pines conectados para realizar la conexión a la PC. Las placas de Arduino suelen usar los AVR de Atmel por lo que su popularidad se ha incrementado.
3.3 Arquitectura de Microcontroladores Por: Stuard Hernández
La arquitectura de un microcontrolador ayuda a determinar la configuración de su funcionamiento, existen dos arquitecturas que se usan principalmente para la elaboración de microcontroladores estas arquitecturas son: arquitectura de Von
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Neumann y arquitectura Harvard. por otra parte, estas arquitecturas pueden contener procesadores de tipo CISC o de tipo RISC.
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Principalmente, en la arquitectura Von Neumann
tanto los datos como las
instrucciones transitan por el mismo bus debido a que estos se guardan en la misma memoria, su gran ventaja es ahorrar líneas de entrada-salida pero esto disminuye en cierta medida la velocidad de realizar los procesos. Esta arquitectura es muy común en los computadores personales, y fue muy utilizado en la elaboración de microcontroladores hasta que se dieron a conocer las ventajas de la arquitectura Harvard.
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En la arquitectura Harvard a diferencia de la arquitectura Von Neumann existe una memoria solo para los datos y una memoria solo para las instrucciones, de esta manera se utilizarán dos buses diferentes. Con esto se puede trabajar con las dos memorias al mismo tiempo y por ende la ejecución de los programas es mucho mas rápida. Actualmente, el uso de esta arquitectura en los microcontroladores es la más usada.
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Un procesador que permita manejar bastantes instrucciones es denominado de tipo CISC donde sus siglas traducen «Ordenador con Juego de Instrucciones Complejo», tiene la capacidad de realizar varias instrucciones complejas que lo hace demasiado versátil. Esta arquitectura hace difícil el paralelismo entre instrucciones, es por esto que, la gran mayoría de sistemas CISC de alto rendimiento pone en marcha un sistema que transforma dichas instrucciones en varias instrucciones fáciles del tipo RISC, llamadas por lo general microinstrucciones.
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Cuando un procesador se diseña para el manejo de pocas instrucciones, pero sin afectar el servicio que el ordenador presta, es llamada RISC donde sus siglas traducen «Ordenador con Juego de Instrucciones Reducido», lo cual permite programar mucho más fácil y además, los circuitos de tipo RISC cuentan con una estructura que rastrea mínimo la primera instrucción que se ejecutará, mientras tanto se va a realizar la instrucción actual. Esta estructura ayudará a una mayor velocidad de proceso, pero a su vez procesa cada instrucción con igual velocidad.
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3.3.1 Arquitectura Harvard Por: Kimberly Herrera Origen El trabajo realizado en la Universidad de Harvard en la década de 1940 bajo el liderazgo de Howard Aiken creó una computadora original basada en relés, llamada Harvard Mark I, que es el término de donde surge el concepto de la arquitectura Harvard. Esta computadora empleaba unidades de memoria separadas para almacenar los datos y las instrucciones. Luego ha habido un desarrollo significativo con esta arquitectura. Aiken incitó a utilizar memorias separadas para los datos y para las instrucciones del programa, con buses separados para cada una. La arquitectura Harvard original almacenaba habitualmente las instrucciones en cintas perforadas y los datos en contadores electromecánicos. El almacenamiento de datos de estas primeras máquinas estaba totalmente dentro de la unidad central de procesamiento. Por otro lado, no daban acceso para que las instrucciones se almacenaran como datos. Un operador debía cargar los programas.
Imagen: Arquitectura Hardvard Fuente: https://www.lifeder.com/wp-content/uploads/2019/10/ArquitecturaHarvard-De-Nessa-los-Trabajo-propio-CC-BY-SA-3.0httpscommons.wikimedia.orgwindex.phpcurid10303661.jpg 3.3.1.1 ¿Que es la arquitectura Harvard? Según lifeder.com, La arquitectura Harvard es una configuración de la computadora en la que los datos y las instrucciones de un programa se encuentran en celdas separadas de memoria, que se pueden abordar de forma independiente. Es decir, es el término utilizado para un sistema informático que contiene dos áreas separadas: para los comandos o instrucciones y para los datos.
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Por lo tanto, la función principal de esta arquitectura es almacenar los datos separados físicamente, proporcionando diferentes rutas de señal para las instrucciones y los datos. En esta arquitectura pueden ser desiguales tanto el formato como los medios de estos dos segmentos del sistema, ya que las dos partes están constituidas por dos estructuras separadas. Algunos ejemplos de arquitecturas Harvard involucran los primeros sistemas informáticos, donde las instrucciones del programa podían estar en un medio, por ejemplo, en tarjetas perforadas, y los datos almacenados podían estar en otro medio, por ejemplo, en cintas magnéticas. Estructura
Imagen: Estructura de la Arquitectura Harvard Fuente: https://compilandoconocimiento.files.wordpress.com/2017/01/image001.png?w=768
- Autobuses: Se utilizan como vías de señalización. En la arquitectura de Harvard hay buses separados para instrucción y datos. Tipos de buses: Bus de datos, Bus de dirección de datos, Bus de instrucciones, Bus de dirección de instrucciones. - Registros operacionales: hay diferentes tipos de registros involucrados que se utilizan para almacenar direcciones de diferentes tipos de instrucciones. Por ejemplo, el registro de direcciones de memoria y el registro de datos de memoria son registros operativos. - Contador de programa: Tiene la ubicación de la siguiente instrucción a ejecutar. El contador de programa luego pasa esta siguiente dirección al registro de direcciones de memoria. - Unidad aritmética y lógica: La unidad aritmética lógica es la parte de la CPU que opera todos los cálculos necesarios. - Unidad de control: Es la parte de la CPU que opera todas las señales de control del procesador. Controla los dispositivos de E/S y también controla el movimiento de instrucciones y datos dentro del sistema.
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- Sistema de entrada / salida: Se utilizan para leer datos en la memoria principal con la ayuda de la instrucción de entrada de la CPU. 3.3.1.2Sistema de memoria Según lifeder.com, Como se tiene un área de memoria separada para las instrucciones y los datos, separando tanto las señales como el almacenamiento en memoria del código y los datos, esto hace posible acceder simultáneamente a cada uno de los sistemas de memoria. Una computadora de arquitectura Harvard tiene distintas áreas de direcciones de datos y de instrucciones. La dirección uno de instrucciones contiene un valor de veinticuatro bits, mientras que la dirección uno de datos indica un byte de 8 bits. 3.3.1.3 Funcionamiento Según lifeder.com, La arquitectura Harvard tiene áreas diferentes de direcciones de memoria para el programa y para los datos. Esto trae como consecuencia la capacidad de diseñar un circuito de tal manera que se pueda usar un bus y un circuito de control para manejar el flujo de información desde la memoria del programa y otro separado para manejar el flujo de información hacia la memoria de datos. El uso de buses separados significa que es posible que la recuperación y ejecución de un programa se realice sin que haya ninguna interrupción por alguna transferencia ocasional de datos a la memoria de datos. Por ejemplo, en una versión simple de esta arquitectura, la unidad de recuperación del programa podría estar ocupada recuperando la siguiente instrucción en la secuencia del programa y en paralelo realizar una operación de transferencia de datos que pudieron haber sido parte de la anterior instrucción del programa. En este nivel la arquitectura Harvard tiene una limitación, ya que generalmente no es posible colocar el código del programa en la memoria de datos y ejecutarlo desde allí. 3.3.1.4 Características - La memoria de instrucciones y datos ocupan diferente espacio de direcciones. - La memoria de instrucciones y datos tienen caminos hardware separados de la unidad central de proceso (CPU). - La memoria de instrucciones y datos pueden ser accedidas de diferente manera. 3.3.1.5 Ventajas - Las instrucciones y los datos se almacenan en caches separadas para mejorar el rendimiento.
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- Por otro lado, tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidad de cach entre los dos, por lo que funciona mejor sólo cuando la frecuencia de lectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma. - Esta arquitectura suele utilizarse en DSPs, o procesador de señal digital, usados habitualmente en productos para procesamiento de audio y video.
3.3.2
Arquitectura Von Neumann
Por: Kimberly Herrera Origen En 1945, después de la Segunda Guerra Mundial, dos científicos plantearon de forma autónoma cómo construir una computadora más maleable. Uno de ellos fue el matemático Alan Turing y el otro fue el científico de igual talento John Von Neumann. El británico Alan Turing había estado involucrado en descifrar el código Enigma en Bletchley Park, usando la computadora ‘Coloso’. Por otro lado, el estadounidense John Von Neumann había estado trabajando en el Proyecto Manhattan para construir la primera bomba atómica, que necesitaba una gran cantidad de cálculos manuales. Hasta ese momento, las computadoras en tiempo de guerra se “programaban” más o menos reconectando toda la máquina para poder llevar a cabo una tarea diferente. Por ejemplo, la primera computadora llamada ENIAC tardaba tres semanas en reconectarse para hacer un cálculo diferente. El nuevo concepto consistía en que en una memoria no solo debían almacenarse los datos, sino que también el programa que procesaba esos datos debería estar almacenado en la misma memoria. Esta arquitectura con el programa almacenado internamente se conoce comúnmente como arquitectura ‘Von Neumann’. Esta novedosa idea significaba que una computadora con esta arquitectura sería mucho más fácil de reprogramar. Efectivamente, el programa en sí mismo se trataría igual que los datos.
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Imagen: Arquitectura Fuente: https://www.lifeder.com/wp-content/uploads/2019/10/Arquitectura-vonNeumann-De-David-strigoi-Trabajo-propio-Dominio-p%C3%BAblicohttpscommons.wikimedia.orgwindex.phpcurid7924651.jpg 3.3.2.1 ¿Qué es la arquitectura von Neumann? Según lifeder.com, La arquitectura von Neumann es un diseño teórico para que una computadora pueda tener un programa almacenado internamente, sirviendo como base para casi todas las computadoras que actualmente se realizan. Una máquina von Neumann consiste de una unidad central de procesamiento, la cual tiene incluidas una unidad aritmética lógica y una unidad de control, además una memoria principal, almacenamiento secundario y dispositivos de entrada/salida. En una arquitectura von Neumann se utiliza la misma memoria y el mismo bus para almacenar tanto los datos como las instrucciones que ejecutan un programa.
Estructura
Imagen: Estructura de la Arquitectura Von Neumann
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Fuente: https://compilandoconocimiento.files.wordpress.com/2017/01/image01.png?w=768 - Unidad de Control: Encargada de las etapas de captación y descodificación del ciclo de instrucción. - Unidad lógico-aritmética o ALU: Encargada de realizar las operaciones matemáticas y de lógica que requieren los programas. - Memoria: La memoria en la que se almacena el programa, la cual la conocemos como memoria RAM. - Dispositivo de entrada: Desde el que nos comunicamos con el ordenador. - Dispositivo de Salida: Desde el que el ordenador se comunica con nosotros. 3.3.2.2 Sistema de memoria Según lifeder.com, puede contener datos, así como el programa que procesa esos datos. En las computadoras modernas esta memoria es la RAM o memoria principal. Esta memoria es rápida y accesible directamente por la CPU. La RAM se divide en celdas. Cada celda consta de una dirección y su contenido. La dirección identificará de forma única cada ubicación en la memoria. 3.3.2.3 Funcionamiento Según lifeder.com, El principio relevante de la arquitectura von Neumann es que en la memoria se almacenan tanto los datos como las instrucciones y se tratan de igual manera, lo que significa que las instrucciones y los datos son direccionales. Funciona usando cuatro simples pasos: buscar, decodificar, ejecutar, almacenar, llamado el “Ciclo de la máquina”. Las instrucciones son obtenidas por la CPU desde la memoria. La CPU luego decodifica y ejecuta estas instrucciones. El resultado es almacenado de nuevo en la memoria luego que se complete el ciclo de ejecución de las instrucciones. - Buscar: En este paso se obtienen las instrucciones desde la RAM y se las coloca en la memoria caché para que la unidad de control acceda a ellas. - Decodificar: La unidad de control decodifica las instrucciones de tal manera que la unidad aritmética lógica pueda comprenderlas, y luego las envía a la unidad aritmética lógica. - Ejecutar: La unidad lógica aritmética ejecuta las instrucciones y envía el resultado de nuevo a la memoria caché. - Almacenar: Una vez que el contador del programa indica detenerse, se descarga el resultado final a la memoria principal.
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3.3.2.4 Características - Los datos e instrucciones procesados por la computadora se expresan en números binarios. - Procedimientos de ejecución secuencial; durante el funcionamiento de la computadora, el programa a ejecutar y los datos procesados se almacenan primero en la memoria principal (memoria). Cuando la computadora ejecuta el programa, las instrucciones se eliminarán automática y secuencialmente de la memoria principal Ejecutar uno por uno, este concepto se llama programa de ejecución secuencial. - El hardware de la computadora se compone de cinco partes: unidad aritmética, controlador, memoria, dispositivo de entrada y dispositivo de salida. 3.3.2.5 Ventajas - Los datos y las instrucciones (secuencia de control), Se almacenan en una misma memoria de lectura/escritura. - No se pueden diferenciar entre datos e instrucciones al examinar una posición de memoria (Location). - Los contenidos de la memoria son direccionados por su ubicación (location), sin importar el tipo de datos contenido all. - La ejecución ocurre en modo secuencial mediante la lectura de instrucciones consecutivas desde la memoria.
3.4 Registros del microcontrolador Por: Kimberly Herrera Introducción a los Microcontroladores Según ikkaro.com Un microcontrolador es un chip o circuito integrado que contiene todos los elementos de un CPU (Procesador, RAM, ROM, E/S). Estos dispositivos nacieron a finales de la década del 70′ para brindar una solución a los caros y complejos sistemas basados en lógica discreta. Los registros de propósito general son los elementos más rápidos para el almacenamiento de variables. Dado que el número de registros en una CPU es limitado, si éste no es suficiente para todas las variables requeridas, debe utilizarse la memoria de datos para su almacenamiento. El microcontrolador nace cuando las técnicas de integración han progresado lo bastante para permitir su fabricación; pero también porque, muy a menudo, tanto en las aplicaciones domésticas como industriales, se tiene la necesidad de sistemas “inteligentes” o, al menos programables.
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Un ejemplo muy simple es el programador de una lavadora, el cual debe controlar una cierta cantidad de elementos con ciclos y cadencias perfectamente definidas, pero variables en función del programa seleccionado. 3.4.1 Características Según aprendiendoarduino.com Los microcontroladores están diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bits) porque sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música o vídeo digital (MP3 o MP4) requerirá de un procesador de 32 bits o de 64 bits y de uno o más códecs de señal digital (audio o vídeo). Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSP más especializados. Un microcontrolador difiere de una unidad central de procesamiento normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de circuitos integrados externos de apoyo. La idea es que el circuito integrado se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada y salida y la memoria para almacenamiento de información.
Imagen: Esquema de Almacenamiento de un microcontrolador Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/Microcontrolador.jpg
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3.4.2 Microcontrolador y sus Registros Los registros son las memorias digitales más rápidas. Se construyen con Flip-Flops y generalmente funcionan a una velocidad cercana a la del procesador. En algunos procesadores, también incluyen un tipo de memoria llamada CACHE. Está no puede guardar operaciones y sólo es un puente entre el procesador y la memoria principal. Por ejemplo, se puede ver la estructura del registro 74LS377 el cual puede funcionar como un registro (memoria).
Imagen: Bits de registro de un microcontrolador. Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/wpcontent/uploads/2017/11/Registro-memoria-del-microcontrolador-768x482.jpg Según hetpro-store.com, Son un espacio de memoria muy reducido pero necesario para cualquier microprocesador, de aquí se toman los datos para varias operaciones que debe realizar el resto de los circuitos del procesador. Los registros sirven para almacenar los resultados de la ejecución de instrucciones, cargar datos desde la memoria externa o almacenarlos en ella. Aunque la importancia de los registros parezca trivial, no lo es en absoluto. De hecho una parte de los registros, la destinada a los datos, es la que determina uno de los parámetros más importantes de cualquier microprocesador. Cuando escuchamos que un procesador es de 4, 8, 16, 32 o 64 bits, nos estamos refiriendo a procesadores que realizan sus operaciones con registros de datos de ese tamaño, y por supuesto, esto determina muchas de las potencialidades de estas máquinas. Mientras mayor sea el número de bits de los registros de datos del procesador, mayores serán sus prestaciones, en cuanto a poder de cómputo y velocidad de ejecución, ya que este parámetro determina la potencia que se puede incorporar al resto de los componentes del sistema, por ejemplo, no tiene sentido tener una ALU de 16 bits en un procesador de 8 bits.
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Por otro lado un procesador de 16 bits, puede que haga una suma de 16 bits en un solo ciclo de máquina, mientras que uno de 8 bits deberá ejecutar varias instrucciones antes de tener el resultado, aun cuando ambos procesadores tengan la misma velocidad de ejecución para sus instrucciones. El procesador de 16 bits será más rápido porque puede hacer el mismo tipo de tareas que uno de 8 bits, en menos tiempo. 3.4.3 Memorias y registros Según catarina.udlap.mx, En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos. Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los computadores personales: No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo. Como se puede deducir estos emplean una arquitectura Harvard. A continuación, se lista las memorias empleadas en estos uC y sus usos. 3.4.4 Tipos de memoria - Máscara ROM: Es un tipo de ROM cuyo contenido es programado por el fabricante. El término “de máscara” viene del proceso de fabricación, donde las partes del chip se plasman en las mascaras utilizadas durante el proceso de fotolitografía. - OTP ROM: ROM programable, una sola vez la memoria ya esta programada permite descargar un programa en el chip, pero como dice su nombre, una sola vez. Si se detecta un error después de descargarlo, lo único que se puede hacer es descargar el programa correcto en otro chip. - Memoria Flash: Este tipo de memoria se inventó en los años 80 en los laboratorios de la compañía INTEL, como forma desarrollada de la memoria UV EPROM. Ya que es posible escribir y borrar el contenido de esta memoria prácticamente un número ilimitado de veces, los microcontroladores con memoria Flash son perfectos para estudiar, experimentar y para la fabricación en pequeña escala. - Memoria RAM: Memoria de acceso aleatorio, al apagar la fuente de alimentación, se pierde el contenido de la memoria RAM. Se utiliza para almacenar temporalmente los datos y los resultados inmediatos creados y utilizados durante el funcionamiento del microcontrolador.
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- Memoria EEPROM: Se puede cambiar durante el funcionamiento (similar a la RAM), pero se queda permanentemente guardado después de la pérdida de la fuente de alimentación (similar a la ROM). Por lo tanto, la EEPROM se utiliza con frecuencia para almacenar los valores creados durante el funcionamiento, que tienen que estar permanentemente guardados. 3.4.5 Tipos de Registros Un registro o una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar el estado de un byte. - Registros SFR: A diferencia de los registros que no tienen ninguna función especial y predeterminada, cada microcontrolador dispone de un número de registros de funciones especiales (SFR), con la función predeterminada por el fabricante. Sus bits están conectados a los circuitos internos del microcontrolador tales como temporizadores, convertidores A/D, osciladores entre otros, lo que significa que directamente manejan el funcionamiento de estos circuitos, o sea del microcontrolador. Los registros SFR hacen exactamente lo mismo.
Imagen: Registro SFR Fuente: https://media-temporary.preziusercontent.com/framespublic/b/9/c/7/3/56a59554f7782a117573dbadd241200.png - Registros GPR: También son registros de 1 byte cada uno, sirven para almacenar los datos o variables que se procesan en el programa. Los registros GPR no tienen nombres propios, pero los compiladores de alto nivel saben cómo administrarlos para almacenar las variables del programa. Por otro lado, si se programa en ensamblador, se les debe acceder mediante sus direcciones, ya sea directamente usando números, o asignándoles nombres a las direcciones con algunas directivas, como equ o cblock.
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Imagen: Registro GPR Fuente: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/jimenez_a_fy/capitulo1.pdf
3.4.6 Velocidad de procesamiento: Actualmente los microcontroladores trabajan a frecuencias máximas de 20 MHz, mientras que los microprocesadores están en el orden de GHz. 3.4.7 Capacidad de direccionamiento Un microcontrolador promedio dispone de 8 Kbyte para instrucciones y 1 Kbyte para datos, los microprocesadores modernos pueden direccionar hasta 1 Terabyte, espacio compartido para instrucciones y datos. Por lo que en su repertorio de instrucciones, los microprocesadores deben incluir modos de direccionamiento que les permitan este alcance. Tamaño de datos Los microcontroladores populares son de 8 bits y dentro de sus instrucciones incluyen algunas que permiten evaluar o modificar bits individuales. Los microprocesadores actuales trabajan con datos de 32 ó 64 bits. Sus instrucciones operan directamente sobre palabras de esta magnitud y generalmente no cuentan con instrucciones dedicadas a bits.
Imagen: Microcontrolador https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/PIC18F8720.jpg/22 0px-PIC18F8720.jpg
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3.5 Tipos de Microcontroladores Por: Saulo Vladimir Ixcoy Velásques Según ejemplos.net, Existen tres tipos principales de microcontroladores que son: Microchip y Arduino. En Microchip tenemos estos ejemplos: PIC 16F887.
Imagen: PIC 16f887 y sus terminales, E Books, consultado el 29 de marzo Fuente: https://www.mikroe.com/ebooks/microcontroladores-pic-programacion-en-basic/caracteristicasbasicas-pic16f887
PIC 16F887A.
Imagen: PIC 16f877A, Semantic Schoolar, consultado el 29 de marzo Fuente: https://www.semanticscholar.org/paper/Plataforma-docente-para-el-aprendizaje-de-'PIC'-deGarc%C3%ADa-Bueno/2d29fa8ce92d3221c1c46f64b519513779fa27a3
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PIC 16F84.
Imagen: PIC 16f84, Blogspot microcontroladores, consultado el 29 de marzo Fuente: https://www.diarioelectronicohoy.com/blog/instrucciones-pic
PIC 16F84A.
Imagen: PIC 16f84A, U electronics, consultado el 29 de marzo Fuente: https://uelectronics.com/producto/microcontrolador-pic16f84a/
PIC 16F628.
Imagen: PIC 16f628, Talking electronics, consultado el 29 de marzo Fuente: http://talkingelectronics.com/pay/PIC/PIC-Page33seeCD.html
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En Arduino tenemos estos ejemplos: Arduino UNO. según bolanosdj.com, son de gama básica, cuenta 14 pines entrada/salidas digitales, 6 como PWM, 6 entradas analógicas, cuenta con I2C, SPI.
Imagen: Arduino UNO en físico, Made-inChina, consultado el 29 de marzo Fuente: https://es.made-in-china.com/co_sunhokey/product_Arduino-Uno-R3-Development-BoardMicrocontroller-for-DIY-Project_rogunohrg.html
Arduino NANO. según bolanosdj.com, son basado en un microcontrolador ATmega328. Es similar en cuanto a características al arduino uno. Las diferencias son el tamaño como la forma de conectarlo al ordenador.
Imagen: Arduino NANO en físico, Prometec, consultado el 29 de marzo Fuente: https://store.prometec.net/producto/arduino-nano/
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Arduino LEONARDO. según bolanosdj.com, básico, Con características al arduino, tiene 12 entradas analógicas y 20 entrada salidas digitales, usa el microcontrolador ATmega32u4
que posee. Tiene comunicación TWI, SPI y dos UART. Imagen: Arduino LEONARDO en físico, Blogspot, consultado el 29 de marzo Fuente: https://create.arduino.cc/projecthub/products/arduino-leonardo
Arduino MICRO. según bolanosdj.com, es similar al Leonardo, la diferencia es el tamaño, se debe instalar de forma externa, es decir, cableándolo.
Imagen: Arduino MICRO en físico, Botland, consultado el 29 de marzo Fuente: https://botland.com.pl/produkty-wycofane/3693-blue-pro-micro-5v16mhz-zgodny-zarduino.html
Arduino MEGA 2560.
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según bolanosdj.com, microcontrolador ATmega2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales, 16 como PWM, 16 entradas analógicas, 4 UART y tiene 6 interrupciones
externas. Imagen: Arduino MEGA 2560 en físico, Blogspot, consultado el 29 de marzo Fuente: http://manueldelgadocrespo.blogspot.com/p/arduino-mega-2560.html
3.6 Lenguaje de Programación Por: Saulo Vladimir Ixcoy Velásques Según Wikipedia.org, es un lenguaje formal artificial, proporcionada a un programador, con reglas gramaticales definidas, da la capacidad de escribir una serie de instrucciones u órdenes en forma de algoritmos, para controlar un sistema físico o lógico, así como ejecutar determinadas tareas. Características de los lenguajes de programación. •
Desarrollo lógico, para resolver un problema.
•
Escritura del programa, lenguaje de programación específico.
•
Compilación del programa, convertirlo en lenguaje de máquina.
•
Prueba del programa.
•
Documentación.
Podemos encontrar sentencias que son comunes y usadas por muchos lenguajes de programación, los cuales son: Variables. •
Char, carácter único, letra, signo o número.
•
Int, contienen números enteros.
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Float, contien números decimales.
•
String, cadenas de texto, varias variables char.
•
Boolean, solo pueden tener 0 y 1, como true y false.
Imagen: Todas las variables definidas en un editor de texto, Codenotch, consultado el 29 de marzo Fuente: https://codenotch.com/blog/en-programacion-que-es-una-variable-y-que-son-los-operadoresmatematicos/
Condicionales. •
If, condición para ejecutar algo.
•
Else if, condición al no cumplirse algo ya condicionado.
•
Else, ejecutar algo al no cumplirse una condición.
Imagen: Uso de condicionales en un editor de texto, Tutorias.CO, consultado el 29 de marzo Fuente: https://tutorias.co/sentencia-if-else-c-el-menor-de-tres-numeros/
Bucles. •
For, ejecuta un código, si una variable tiene 2 parámetros definidos.
•
While, ejecuta un código si se cumple una condición.
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Imagen: Uso de For en un editor de texto, Tutorias.CO, consultado el 29 de marzo Fuente: https://codenotch.com/blog/condicionales-y-ciclos/
Imagen: Uso de While en un editor de texto, Programar Fácil, consultado el 29 de marzo Fuente: https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/if-else-arduino/
Funciones. Serian variables con un código dentro de sí, esto para que el programa ejecute el código predefinido, evita repetir fragmentos de código.
Imagen: ejemplo de una Función en Arduino, Tutorias.CO, consultado el 29 de marzo Fuente: https://codenotch.com/blog/condicionales-y-ciclos/
Sintaxis. La forma visible del lenguaje, puramente textuales, secuencias de texto que incluyen palabras, números, símbolos y puntuación. Muchos programas tienen s reglas del lenguaje; y pueden ir dependiendo de la especificación del lenguaje, pueden resultar en un error de traducción o ejecución.
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Imagen: Sintaxis de un editor de texto, Wikipedia, consultado el 29 de marzo Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n
Ejemplos de lenguajes de programación: Lenguaje de programación Phyton.
Imagen: Lenguaje Phyton, Talently Blog, consultado el 29 de marzo Fuente: https://talently.tech/blog/cuanto-gana-programador-python-peru/
Lenguaje de programación C++.
Imagen: Lenguaje C++, Hipertextual, consultado el 29 de marzo Fuente: https://hipertextual.com/2019/05/cursos-online-gratis-programar-cpp
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Lenguaje de programación Java.
Imagen: Lenguaje Java, Next Training, Next Training, consultado el 29 de marzo Fuente: https://www.nextraining.es/curso-programacion-en-java/
3.7 Síntesis de los diversos lenguajes de programación Por: Saulo Vladimir Ixcoy Velásques Ejemplo de sintaxis Phyton. Según WikiHow.com, Python es un lenguaje de programación simple, este artículo te mostrará cómo crear un programa que calcula el total de días, minutos y segundos que has vivido. Demuestra cómo funcionan algunas cosas en este lenguaje de programación.
Imagen: Sintaxis de un programa en Phyton, WikiHow, consultado el 29 de marzo Fuente: https://es.wikihow.com/crear-un-programa-simple-en-Python
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El apartado anterior, es un dónde va el código de Phyton, por lo que podemos ver el código usado, que es simple y que consiste en varias líneas de código. Podemos ver varias funciones propias del programa, así como las sentencias de print (imprimir)o la de input(insertar).
Imagen: Programa funcionando en el Shell de Phyton, WikiHow, consultado el 29 de marzo Fuente: https://es.wikihow.com/crear-un-programa-simple-en-Python
Este apartado se llama Shell, el cual es en donde se realizan las pruebas del programa, es un dónde realiza las instrucciones del código hecho, por lo que podemos ver que aquí hace las instrucciones dadas en base al código, por lo que pide nuestro nombre y pide nuestra edad, para luego mostrar los valores que queremos.
Ejemplo de sintaxis de C++. Según WikiHow.com, Observa estos esquemas básicos de programación C++ para aprender sobre la estructura de un programa en C++.
Imagen: Programa de suma y de multiplicación en C++, WikiHow, consultado el 29 de marzo Fuente: https://es.wikihow.com/crear-un-programa-simple-en-C%2B%2B
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Ejemplo de sintaxis de Java. Según programarya.com, El programa a continuación mostrará en pantalla la tabla del 12. Va a mostrar en pantalla una serie de resultados de multiplicar al 12 desde
12*0 hasta 12*12. Imagen: Sintaxis de un programa hacho en Java, Programa ya, consultado el 29 de marzo Fuente: https://www.programarya.com/Cursos/Java/Java-Basico
Imagen: Programa funcionando en una apelación que corre Java, Programa ya, consultado el 29 de marzo, Fuente: https://www.programarya.com/Cursos/Java/Java-Basico
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3.8 Python Por: Diego Jiménez Según: https://www.becas-santander.com/es/blog/python-que-es.html Es un lenguaje de programación de alto nivel que se utiliza para desarrollar aplicaciones de todo tipo. A diferencia de otros lenguajes como Java o .Net, se trata de un lenguaje interpretado, es decir, que no es necesario compilarlo para ejecutar las aplicaciones escritas en Python, sino que se ejecutan directamente por el ordenador utilizando un programa denominado interpretador, por lo que no e necesario “traducirlo” a lenguaje máquina. Python es un lenguaje sencillo de leer y escribir debido a su alta similitud con el lenguaje humano. Además, se trata de un lenguaje multiplataforma de código abierto y, por lo tanto, gratuito, lo que permite desarrollar software sin límites. Con el paso del tiempo, Python ha ido ganando adeptos gracias a su sencillez y a sus amplias posibilidades, sobre todo en los últimos años, ya que facilita trabajar con inteligencia artificial, big data, machine learning y data science, entre muchos otros campos en auge. a continuación tienes un simple programa escrito en este lenguaje, que podrás entender fácilmente incluso si no sabes nada de programación. Se trata de un pequeño aplicativo para calcular un sueldo por horas, algo muy sencillo pero que podría ser perfectamente funcional: horas = float(input("Introduce tus horas de trabajo: "))
coste = float(input("Introduce lo que cobras por hora: "))
sueldo = horas * coste
print("Tu sueldo es", sueldo)
En las dos primeras líneas se le pide al usuario que introduzca cuántas horas ha trabajado y lo que cobra por hora. En la tercera se hace la operación para calcular el sueldo total y se guarda en una variable. En la última línea de código se imprime por pantalla el resultado. Si, por ejemplo, ponemos que hemos trabajado 8 horas a 15 €, en pantalla se imprimirá “Tu sueldo es de 120”.
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Imagen: Que es Python, consultada el 29 de marzo Fuente: https://www.becas-santander.com/es/blog/python-que-es.html
3.9 Instrucciones en Python Por: Diego Jiménez Según: https://pythones.net/, Existen dos tipos de Instrucciones en Python: Instrcciones Simples son aquellas que Python comprende respetando su sintaxis que comienza y culminan en una sola línea. Instrucciones Compuestas Son aquellas que Python comprende respetando su sintaxis comenzando con “.” Continúan debajo con una identación conformando así un bloque de código. Ejemplo de instrucciones simples y compuestas: #Instrucciones simples Ejemplo: b = 12 c = (2 + 2 + 8) a = 'Hola' print (a) #Instrucciones compuestas Ejemplo: if b == c: print (a) Las instrucciones compuestas en Python ocupan más de una linea como puedes ver, pero el interprete necesita seguir un orden de ejecución (el orden en que se va a ejecutar cada línea de código de tu programa, normalmente estructurado de arriba a abajo.)
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Este orden de ejecución esta determinado en un principio obviamente comenzando por la primera linea de código, la cual en el ejemplo anterior se trata de un comentario. Pero luego al llegar a la ante-ultima linea se encuentra con una instrucción compuesta que sirve para comparar en este caso si b == c, a partir de allí, si esta condición se cumple y efectivamente b == c deberá descender a través del identado a la línea que vemos como siguiente print(a).Century Gothic Century Gothic Century Gothic Century Gothic Century Gothic
Imagen: Instrucciones en Python, consultado el 29 de marzo Fuente: https://pythones.net/sintaxis-basica-dellenguaje/#:~:text=Las%20primeras%20dos%20afirmaciones%20%E2%80%9CMaria,c%C3%B3digo%20uno%20 dentro%20de%20otro.
3.9.1 Funciones Condicionales Por: Katherine Leal Funciones condicionales: Según: codigopiton: En Python las condicionales clásicas permiten crear una rama opcional ( if ), dos ramas ( if else ) con una única condición, o más ramas ( if elif else ) con dos o más condiciones. Además permiten determinar el número de iteraciones que realiza un bucle for , cuya condición es implícita, o un bucle while . Este tipo de construcciones son las principales para generar ramas alternativas en cualquier lenguaje
byspel.com
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3.9.1.1 Funciones if y if/else Por: Katherine Leal Funciones condicionales: Según: codigopiton: En Python las condicionales clásicas permiten crear una rama opcional ( if ), dos ramas ( if else ) con una única condición, o más ramas ( if elif else ) con dos o más condiciones. Además permiten determinar el número de iteraciones que realiza un bucle for , cuya condición es implícita, o un bucle while . Este tipo de construcciones son las principales para generar ramas alternativas en cualquier lenguaje
byspel.com Funciones if y if/else Según freecodecamp.org, La estructura if, if/else es una forma común de controlar el flujo de un programa, lo que te permite ejecutar bloques de código específicos según el valor de algunos datos. Sentencia if Según freecodecamp.org, Si la condición que sigue a la palabra clave if se evalúa como verdadera, el bloque de código se ejecutará. Ten en cuenta que los paréntesis no se utilizan antes y después de la verificación de condición como en otros idiomas.
https://www.freecodecamp.org
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Sentencia else Según freecodecamp.org, Opcionalmente, puedes agregar una respuesta else que se ejecutará si la condición es false
https://www.freecodecamp.org Sentencia elif Según freecodecamp.org, Se pueden verificar varias condiciones al incluir una o más verificaciones elif después de su declaración if inicial. Ten en cuenta que solo se ejecutará una condición .
https://www.freecodecamp.org
3.9.1.2 Funciones Switch de Python Por: Katherine Leal Según: ellibrodepython, El switch es una herramienta que nos permite ejecutar diferentes secciones de código dependiendo de una condición. Su funcionalidad es similar a usar varios if, pero por desgracia Python no tiene un switch propiamente dicho. En Python no existe el switch, por lo que si intentas ejecutar el código anterior, tendrás un error.
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https://ellibrodepython.com HEXADECIMAL Según ionos.es Los números hexadecimales son números representados en base 16 , que significa los dígitos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F en lugar de solamente 0-9. Binario a hexadecimal Según portalacademico.cch.unam.mx *dentificar el número a convertir. *Dividir en grupos de cuatro bits de derecha a izquierda. *Tomar cada grupo de cuatro bits y obtener el equivalente en sistema hexadecimal. *Escribir el nuevo número en el mismo orden que se realizó la separación. De octal a hexadecimal. Según calcuvio.com Los números expresados en la base octal se escriben únicamente mediante 8 números, del 0 al 7. Por otro lado, la base hexadecimal se basa en el número 16 y utiliza dieciséis símbolos para representar los dieciséis números del de 0 a 15. Estos símbolos son los diez números del 0 al 9 y las seis letras A, B, C, D, E y F. https://www.calcuvio.com/conversion-octal-hexadecimal Decimal a hexadecimal Según calculadoraconversor.com De decimal a binario. Una vez que lo tenemos, pasaremos de binario a hexadecimal. Para ello hacemos agrupaciones de 4 números empezando por la derecha. Si al llegar al final no nos queda un grupo de cuatro números, rellenamos con ceros a la izquierda hasta completar los dígitos que falten.
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Finalmente, buscamos la equivalencia de los grupos de 4 dígitos en binario con su correspondiente símbolo en hexadecimal
okdiario.com DECIMAL Según servicios.uns.edu.ar El sistema de numeración que utilizamos se llama decimal o de base 10 porque usa 10 símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. A cada símbolo se lo llama cifra. Para leer un número conviene separarlo en períodos de tres cifras comenzando por la derecha. Cada período se compone de unidades, decenas y centenas.
i3campus.co
3.9.1.3 Función Try Por: Stefany Lemus
Segun http://research.iac.es/ Hemos visto que cuando ocurre algún error en el código, Python detiene la ejecución y devuelve una excepción, que no es más que una señal que ha occurrido un funcionamiento no esperado o error en el programa, indicándonos aproximadamente qué fue lo que ocurrió. Supongamos que tenemos un pequeño programa que por algún motivo realiza una división por cero.
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3.9.1.3.1
Manejo de excepciones
Según https://uniwebsidad.com/ para el manejo de excepciones los lenguajes proveen ciertas palabras reservadas, que nos permiten manejar las excepciones que puedan surgir y tomar acciones de recuperación para evitar la interrupción del programa o, al menos, para realizar algunas acciones adicionales antes de interrumpir el programa.
En el caso de Python, el manejo de excepciones se hace mediante los bloques que utilizan las sentencias try, except y finally.
Dentro del bloque try se ubica todo el código que pueda llegar a levantar una excepción, se utiliza el término levantar para referirse a la acción de generar una excepción.
A continuación, se ubica el bloque except, que se encarga de capturar la excepción y nos da la oportunidad de procesarla mostrando por ejemplo un mensaje adecuado al usuario. Veamos qué sucede si se quiere realizar una división por cero:
Imagen: un claro ejemplo del error que dio por intentar dividir por cero Fuente: https://uniwebsidad.com/libros/algoritmos-python/capitulo12/excepciones#:~:text=En%20el%20caso%20de%20Python,acci%C3%B3n%20de%20gen erar%20una%20excepci%C3%B3n.
En este caso, se levantó la excepción ZeroDivisionError cuando se quiso hacer la división. Para evitar que se levante la excepción y se detenga la ejecución del programa, se utiliza el bloque try-except
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Imagen: la manera correcta de dividir Fuente: https://uniwebsidad.com/libros/algoritmos-python/capitulo12/excepciones#:~:text=En%20el%20caso%20de%20Python,acci%C3%B3n%20de%20gen erar%20una%20excepci%C3%B3n.
No se permite la división por cero Dado que dentro de un mismo bloque try pueden producirse excepciones de distinto tipo, es posible utilizar varios bloques except, cada uno para capturar un tipo distinto de excepción. Esto se hace especificando a continuación de la sentencia except el nombre de la excepción que se pretende capturar. Un mismo bloque except puede atrapar varios tipos de excepciones, lo cual se hace especificando los nombres de las excepciones separados por comas a continuación de la palabra except. Es importante destacar que, si bien luego de un bloque try puede haber varios bloques except, se ejecutará, a lo sumo, uno de ellos.
Imagen: muestra que uso el termino except, pero no especifico que tipo de excepción quería capturar Fuente: https://uniwebsidad.com/libros/algoritmos-python/capitulo12/excepciones#:~:text=En%20el%20caso%20de%20Python,acci%C3%B3n%20de%20gen erar%20una%20excepci%C3%B3n.
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Finalmente, puede ubicarse un bloque finally donde se escriben las sentencias de finalización, que son típicamente acciones de limpieza. La particularidad del bloque finally es que se ejecuta siempre, haya surgido una excepción o no. Si hay un bloque except, no es necesario que esté presente el finally, y es posible tener un bloque try sólo con finally, sin except.
Imagen: nos fuentra que la función de finally sirve para cerrar las funciones Fuente: https://uniwebsidad.com/libros/algoritmos-python/capitulo12/excepciones#:~:text=En%20el%20caso%20de%20Python,acci%C3%B3n%20de%20gen erar%20una%20excepci%C3%B3n.
Es posible, por otra parte, que luego de realizar algún procesamiento particular del caso se quiera que la excepción se propague hacia la función que había invocado a la función actual. Para hacer esto Python nos brinda la instrucción raise. Si se invoca esta instrucción dentro de un bloque except, sin pasarle parámetros, Python levantará la excepción atrapada por ese bloque. También podría ocurrir que en lugar de propagar la excepción tal cual fue atrapada, quisiéramos lanzar una excepción distinta, más significativa para quien invocó a la función actual y que posiblemente contenga cierta información de contexto. Para levantar una excepción de cualquier tipo, utilizamos también la sentencia raise, pero indicándole el tipo de excepción que deseamos lanzar y pasando a la excepción los parámetros con información adicional que queramos brindar.
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Imagen: El siguiente fragmento de código muestra este uso de raise. Fuente: https://uniwebsidad.com/libros/algoritmos-python/capitulo12/excepciones#:~:text=En%20el%20caso%20de%20Python,acci%C3%B3n%20de%20gen erar%20una%20excepci%C3%B3n.
3.9.1.3.2 Procesamiento y propagación de excepciones
Según https://uniwebsidad.com/ Hemos visto cómo atrapar excepciones, es necesario ahora que veamos qué se supone que hagamos al atrapar una excepción. En primer lugar, podríamos ejecutar alguna lógica particular del caso como: cerrar un archivo, realizar un procesamiento alternativo al del bloque try, etc. Pero más allá de esto tenemos algunas opciones genéricas que consisten en: dejar constancia de la ocurrencia de la excepción, propagar la excepción o, incluso, hacer ambas cosas.
3.9.1.3.2
Acceso a información de contecto
Segun https://uniwebsidad.com/ Para acceder a la información de contexto estando dentro de un bloque except existen dos alternativas. Se puede utilizar la función exc_info del módulo sys. Esta función devuelve una tupla con información sobre la última excepción atrapada en un bloque except. Dicha tupla contiene tres elementos: el tipo de excepción, el valor de la excepción y las llamadas realizadas. Otra forma de obtener información sobre la excepción es utilizando la misma sentencia except, pasándole un identificador para que almacene una referencia a la excepción atrapada.
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Imagen: ejemplos de como aplicar acceso a información de contexto. Fuente: https://uniwebsidad.com/libros/algoritmos-python/capitulo12/excepciones#:~:text=En%20el%20caso%20de%20Python,acci%C3%B3n%20de%20gen erar%20una%20excepci%C3%B3n.
3.9.2
Funciones repetitivas
Por: Stefany Lemus Segun https://byte-mind.net/ Una estructura repetitiva permite ejecutar una o varias instrucciones varias veces.
Imagen: Como podemos observar en el esquema, mientras que la estructura condicional sea verdadera, seguirá ejecutando su función hasta que esta condición sea falsa. Fuente: https://byte-mind.net/curso-python-tema-3-estructurasrepetitivas/#:~:text=Una%20estructura%20repetitiva%20permite%20ejecutar%20una%20o%20vari as%20instrucciones%20varias%20veces.&text=Como%20podemos%20observar%20en%20el,que% 20esta%20condici%C3%B3n%20sea%20falsa.
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3.9.2.1 Estructura repetitiva while Según https://byte-mind.net/ Para la creación de bucles utilizaremos la palabra clave while, seguida de la condición que queremos que cumpla. Vamos a realizar un primer problema con este tipo de estructura.
Imagen: aquí no muestra un ejemplo de un programa que imprime los números del 1 al 100. Fuente: https://byte-mind.net/curso-python-tema-3-estructurasrepetitivas/#:~:text=Una%20estructura%20repetitiva%20permite%20ejecutar%20una%20o%20vari as%20instrucciones%20varias%20veces.&text=Como%20podemos%20observar%20en%20el,que% 20esta%20condici%C3%B3n%20sea%20falsa.
Como podemos ver en el código, lo primero que hacemos es declarar la variable x con un valor inicial de 1. Posteriormente incluimos la palabra clave while para la estructura repetitiva, seguida de la condición que queremos que se cumpla, en este caso que x tenga un valor menor o igual a 100. Dentro del while imprimimos la variable x en cada repetición, y le sumamos 1 a su valor. Si se nos olvidara subir un punto el valor de x en cada repetición, estaríamos ante un caso de un bucle infinito debido a que x nunca llegaría a valer 100 y el programa nunca terminaría. Hasta ahora, hemos visto que podemos establecer un número entero incluyéndolo entre la función int() pero, qué pasa si queremos incluir un número con decimales, en este caso utilizaríamos la función float(), os cuento esto porque lo vais a necesitar para los próximos ejercicios propuestos en este tema. Como siempre se incluirá la solución para cada uno de los ejercicios además de que, cualquier duda que tengan pueden comentarla y les ayudaremos lo antes posible. .
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3.9.2.1 Funcion while Por: Stefany Lemus Segun https://www.mclibre.org/ Un bucle while permite repetir la ejecución de un grupo de instrucciones mientras se cumpla una condición (es decir, mientras la condición tenga el valor True).
Imagen: La sintaxis del bucle while. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
3.9.2.1.1
Diagrama de Flujo:
Imagen: El diagrama de flujo siguiente muestra la ejecución de un bucle while Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
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3.9.2.1.2 Ejemplos de blucles While:
Imagen: Ejemplo de un programa escribe los números del 1 al 3. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
Imagen: Otra ventaja del bucle while es que el número de iteraciones no está definido antes de empezar el bucle, por ejemplo, porque los datos los proporciona el usuario. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
Imagen: El siguiente ejemplo pide un número positivo al usuario una y otra vez hasta que el usuario lo haga correctamente. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
Imagen: El programador ha olvidado modificar la variable de control dentro del bucle y el programa imprimirá números 1 indefinidamente. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
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Imagen: El programador ha escrito una condición que se cumplirá siempre y el programa imprimirá números consecutivos indefinidamente. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
Imagen: Se aconseja expresar las condiciones como desigualdades en vez de comparar valores. En el ejemplo siguiente, el programador ha escrito una condición que se cumplirá siempre y el programa imprimirá números consecutivos indefinidamente. Fuente: https://www.mclibre.org/consultar/python/lecciones/python-while.html
3.9.2.2 Estructura repetitiva For Según https://byte-mind.net/ Para la creación de bucles utilizaremos la palabra clave while, seguida de la condición que queremos que cumpla. Vamos a realizar un primer problema con este tipo de estructura. Además de la estructura repetitiva que se puede realizar utilizando while, hay otra estructura cuyo planteo es más sencillo en ocasiones en las que tenemos que recorrer un listado de datos. Para estos casos se utiliza la estructura for. En general esta estructura se utiliza en casos en los que queremos que una variable vaya tomando un valor a partir de una lista definida previamente.
Vamos a ver la estructura for con un ejemplo que hará nuestra vida más fácil. En el primer ejemplo vamos a realizar el mismo ejercicio que hemos hecho con la estructura while.
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Imagen: una manera mas sencilla de imprimir los números del 1 al 100. Fuente: https://byte-mind.net/curso-python-tema-3-estructurasrepetitivas/#:~:text=Una%20estructura%20repetitiva%20permite%20ejecutar%20una%20o%20vari as%20instrucciones%20varias%20veces.&text=Como%20podemos%20observar%20en%20el,que% 20esta%20condici%C3%B3n%20sea%20falsa.
Como vemos en el código de nuestro ejercicio, empezamos nuestra estructura repetitiva con la palabra for seguido del nombre de la variable que queremos utilizar en nuestro ejercicio y después la palabra clave in para comprobar que se encuentra dentro del valor que nosotros queremos. En este caso, hemos utilizado la función range. Esta función retorna la primera vez el valor 0 y lo almacena en x, luego el 1, el 2 y así sucesivamente hasta llegar al valor especificado menos 1(tener en cuenta que empieza en 0).
Imagen: un programa que permite la carga de 5 valores por teclado y posteriormente, nos muestra la suma de los valores ingresadis y su promedio. Fuente: https://byte-mind.net/curso-python-tema-3-estructurasrepetitivas/#:~:text=Una%20estructura%20repetitiva%20permite%20ejecutar%20una%20o%20vari as%20instrucciones%20varias%20veces.&text=Como%20podemos%20observar%20en%20el,que% 20esta%20condici%C3%B3n%20sea%20falsa.
Como vemos en el ejemplo, inicializamos la variable suma para poder realizar la suma de datos sobre la misma. Después realizamos la estructura for para obtener la cantidad de números a introducir por teclado e imprimimos los datos.
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Como vemos se puede utilizar la estructura for al igual que la estructura while y que conforme vayamos cogiendo práctica en el arduo trabajo de la programación, iremos descubriendo que es mejor utilizar en cada situación que se nos plantee. Para mejorar vuestras habilidades, al final de esta lección, tenéis una serie de ejercicios para practicar con esta estructura repetitiva.
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Capítulo IV 4. Amplificadores Operacionales Un amplificador operacional es un componente activo (Es activo porque requiere de una alimentación para poder procesar una señal) cuya función original es la de amplificar una señal.
Figura: Señales amplificadas Fuente: www.google.com
El amplificador cuenta con 2 pines de alimentación: positiva Vs+ y alimentación negativa (Para amplificadores dual rail) o 0V (En single rail): VsLos amplificadores operacionales cumplen con diversas funciones, como su nombre lo indica, aparte de amplificar señales, también funciona para hacer funciones matemáticas con estas. Como comparar, sumar, restar, derivar e integrar. También se usan como filtros activos para tratamientos de señales. Los amplificadores operacionales juegan un papel demasiado importante en la electrónica, tanto en la analógica como en la digital. ¿Por qué es importante amplificar una señal? Usemos un ejemplo sencillo, para habilitar la comprensión más rápida. Un micrófono común genera un voltaje de AC en el orden de los cientos de milivolts. Pero una bocina común opera alrededor de 12V o 24V y consume mucha corriente. ¿Cómo podemos hacer que esta señal salga por la bocina y genere nuestra voz a un mayor volumen? Veamos, tenemos un micrófono que genera aprox 100mV o 0.1V y nuestra bocina opera alrededor de 12V. ¿Vamos a ser capaces de conectar nuestro micrófono directamente a la bocina? No. Como ya te habrás dado cuenta, necesitamos que nuestra señal aumente X cantidad de veces para poder ser conectada a una bocina y que esta transmita esta señal en impulsos sonoros. Aquí es donde entran los
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amplificadores. Los amplificadores toman una señal de entrada y mediante una serie de retroalimentación y ganancia interna, hacen que tengamos una señal de salida “n” veces mayor a la entrada.
Figura: Señales amplificadas Fuente: www.google.com
En esta grafica podemos observar la diferencia entre ambas señales. La señal azul siendo el voltaje generado por el micrófono. La señal roja siendo el voltaje de salida amplificador Y amplificar una señal no solo nos es útil en el audio. Podemos tener el ejemplo también de un sensor de temperatura como el lm35, cuya salida es de 10mV/ºC. Si queremos hacer un simple control analógico que haga lo siguiente: El sensor LM35 montado sobre un disipador, donde la función del sensor será medir la temperatura y aumentar proporcionalmente la velocidad de un ventilador el cual regula la temperatura del disipador. Si nuestro sensor entrega 10mV/ºC y nuestro ventilador funciona a 12V ¿Seremos capaces de controlarlo directamente? No. De nuevo, entran los amplificadores operacionales. Con este amplificamos la señal dada por el lm35 y de esta manera obtenemos una salida amplificada que se incrementa linealmente con la señal de entrada. Ahora puedes comprender porque un amplificador es tan importante en la electrónica. Estos nos dan la posibilidad (aunque no solo de) amplificar señales eléctricas para poder posteriormente realizar otras acciones que no podrían realizarse con la señal original. Es por estas propiedades que los opamps están presentes en la gran mayor parte de la electrónica, inclusive dentro de circuitos integrados como los reguladores, como comparadores en drivers de servomotores, etc
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Figura: Diagrama interno del regulador conmutado LM2576 Fuente: www.google.com
Figura: “Diagrama común de un regulador lineal Fuente: www.google.com
4.1 Características Existen diversas configuraciones en amplificadores operacionales presentes en el mercado, cada uno con distintas características eléctricas que lo harán más apto para algún tipo de tarea específica o aplicación general. Veamos a detalle cada tipo de configuración.
4.1.1 Amplificador operacional en configuración: DUAL RAIL. Estos amplificadores operacionales tienen la característica de necesitar una fuente dual simétrica (Con voltaje positivo y negativo) para poder funcionar. OJO: Cuando nos referimos a una fuente dual simétrica, hablamos de una fuente de poder que pueda entregar un voltaje simétrico en el riel positivo y en el riel negativo. Por ejemplo, una fuente de poder que entrega 9V en el riel positivo y 9V en el riel negativo
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se considera una fuente dual simétrica. Este tipo de fuentes se pueden hacer de manera muy sencilla usando dos baterías en serie, como en el siguiente ejemplo:
Figura: Amplificador Dual Rail Fuente: www.google.com
4.1.2 Por ejemplo, el amplificador operacional lm741.
Figura: Amplificador LM741 Fuente: www.google.com El amplificador operacional LM741, el cual está disponible desde finales de la década de los 60, es uno de los amplificadores operacionales más comunes y más usados por su bajo costo, bajo consumo e increíble versatilidad. Este es un ejemplo de un amplificador operacional DUAL RAIL, pues puede operar con un voltaje dual simétrico….Pero…. Algo que hay que tener en cuenta es que LA GRAN MAYORIA de los amplificadores operacionales están diseñados para trabajar en su configuración DUAL RAIL y SINGLE RAIL como veremos a continuación. ¿Pero cuando debemos usar un amplificador operacional en su configuración DUAL RAIL? Existen distintos tipos de señales que tendrán tanto semiciclos positivos como semiciclos negativos. Un ejemplo es el audio. La señal de audio tiene tanto semiciclos positivos y semiciclos negativos.
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Figura: Amplificador Señal Fuente: www.google.com Como podemos ver en esta imagen, la cual representa una señal de audio, tenemos que la señal mide 200mV de pico a pico y tambien podemos notar que es una señal de corriente alterna pues posee ambas polaridades. Si queremos amplificar esa señal 200 veces para obtener una señal de salida de hasta +/- 20V , pero, lo hacemos con el amplificador operacional alimentado con una fuente de poder SINGLE RAIL ¿Qué va a suceder?
Figura: Alimentación Positiva Fuente: www.google.com
Siendo este el circuito, alimentado solo por el riel positivo y a referencia de 0V.
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Figura: Semiciclo positivo Fuente: www.google.com
Esta sería la señal de salida ¿Notas alguna diferencia? El semiciclo negativo desaparece. ¿Por qué? Porque no existe un voltaje negativo para poder recrear esa parte. Por este tipo de situaciones es que necesitamos usar los amplificadores operacionales en configuración DUAL RAIL. Porque vamos a necesitar un voltaje negativo para poder amplificar voltajes negativos provenientes de la señal de entrada.
Figura: Alimentación Simetrica Fuente: www.google.com
Ahora tenemos el amplificador operacional siendo alimentado por una fuente dual simétrica de +/- 24V ¿Cuál será la señal de salida?
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Figura: Señal completamente amplificada Fuente: www.google.com
Ahora sí, ya tenemos la señal de entrada amplificada en sus 2 semiciclos.
4.1.4 Amplificador operacional en configuración: SINGLE RAIL. Por contrario de la configuración DUAL RAIL, la configuración SINGLE RAIL solo consta de alimentar el amplificador operacional solo con voltaje positivo y 0V. Un ejemplo de amplificador operacional usado comúnmente en esta configuración es el LM358.
Figura: Single Rail Fuente: www.google.com
Este es un amplificador operacional de propósito general usado principalmente para amplificar sensores, comparadores, etc. Como podrás notar, el amplificador operacional se alimenta mediante los pines V+ y GND. Ya habrás notado que tiene el pin GND en lugar de V-, esto porque este amplificador. Esto es obviamente para señales donde solo tratamos con ciclos positivos, como señales de sensores, voltajes de referencia, etc.
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Figura: LM 358 Fuente: www.google.com
Esta es la representación en diagrama de una configuración SINGLE RAIL. Esta es la configuración más usada, pues es más común usar el amplificador operacional para comparar dos señales, sumarlas o amplificarlas en el riel positivo, que tener que amplificar señales que requieran de ambos rieles.
4.2 Principales funciones El fabricante proporciona varias descripciones gráficas para describir el desempeño del opamp. La figura incluye algunas curvas de desempeño típico las cuales comparan distintas características como función del voltaje de alimentación. Se aprecia que la ganancia de voltaje en lazo abierto se incrementa a medida que el valor del voltaje de alimentación crece. Mientras que la información tabulada anterior ofrece información para un voltaje de alimentación particular, las curvas de desempeño muestran la forma en la que la ganancia de voltaje se ve afectada al utilizar un intervalo de valores de voltaje de alimentación.
4.3 Configuraciones Con la conexión de componentes externos alrededor de un amp op, se obtiene lo que de aquí en adeltante se llamara circuito amp op. Es crucial que se sepa diferencial entre un circuito amp op y un amp solo. Este ultimo es un componente del primero, al igual que los
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demás componentes externos, los circuitos amp op más básicos son el amplificador inversor, no inversor y buffer. 4.3.1 Seguidores unitarios Por: Yuri López Según: wordpress El seguidor de voltaje con un OpAmp ideal, da simplemente Pero este resultado tiene una aplicación muy útil, porque la impedancia de entrada del OpAmp es muy alta, proporcionando un efecto de aislamiento de la salida respecto de la señal de entrada, anulando los efectos de «carga». Esto lo convierte en un circuito útil de primera etapa.
Imagen: El seguidor de tensión se utiliza a menudo en los circuitos lógicos, para la construcción de buffers. Fuente: https://amplificadoresoperacionalesitmmina.files.wordpress.com/2018/06/screenshot_914.png
4.3.2 Amplificador Inversor Por: Yuri López Según: electrónica fácil El amplificador inversor invierte la polaridad de la señal de entrada de corriente alterna mientras la amplifica. La señal AC de entrada sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180° (invertida). 4.3.2.1
¿Por qué utilizar un amplificador inversor?
Por: Yuri López De: electrónica fácil Tiene menor impedancia de entrada debido a la retroalimentación, mientras que el amplificador no inversor tiene una alta impedancia. La ganancia es inferior a 1, por lo que también puede ser utilizado como mezclador. Puede proporcionar desplazamientos de fase de la señal, que son necesarios en los circuitos de comunicación para el análisis de la señal.
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4.3.2.2 Diagrama del circuito Por: Yuri López De: electrónica fácil En este circuito, la entrada no inversora está conectada a tierra, el voltaje de entrada está conectado al terminal inversor mediante una resistencia R1, y finalmente la resistencia de retroalimentación Rf está conectada entre la entrada inversora y la salida.
Imagen:Ten siempre presente que un amplificador inversor invierte la polaridad de la señal de entrada mientras la amplifica. Fuente:https://mielectronicafacil.com/wp-content/uploads/2020/03/Amplificador-inversor-diagrama.png
4.3.2.3
Fórmula voltaje de salida
Por: Yuri López De: electrónica fácil ElPara lograr obtener la fórmula del voltaje de salida primero es necesario conseguir la relación entre la tensión de entrada Vi y la tensión de salida Vo.Al aplicar la Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK) en el nodo inversor (nodo 1), se obtiene la siguiente expresión: I1=I2
Pero los voltajes son igual a cero, V1=V2=0, para un amplificador operacional ideal (característica ideal del OpAmp), ya que la terminal no inversora está conectada a tierra, por lo tanto:
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4.3.2.4 Ganancia Por: Yuri López De: electrónica fácil La ganancia en un OpAmp Inversor no es más que la resistencia de retroalimentación Rf dividida entre la resistencia de entrada R1, lo que significa que la ganancia únicamente depende de los elementos externos conectados al amplificador operacional; en este caso las dos resistencias.
Amplificador inverso, electrónica fácil, consultado el 29 de marzo Disponible en: https://mielectronicafacil.com/analogica/amplificador-inversor/#ganancia
4.3.3 Amplificador no inversor Por: Yuri López Según: amplificador operacional.com El amplificador no inversor basado en opamp es una de las configuraciones más típicas y usadas en la electrónica. Nos permite aumentar la señal eléctrica que queramos, multiplicada por una constante a la cual llamamos Ganancia. A diferencia del inversor, el no inversor mantiene la fase, siendo muy útil en aplicaciones como la adquisición de datos de sensores.
Imagen: Amplificador no inverso Fuente: https://www.amplificadoroperacional.com/wp-content/uploads/2019/10/amplificador-noinversor-1024x736.jpg
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4.3.3.1 Amplificador operacional no-inversor Por: Yuri López Según: amplificador operacional.com La señal de entrada se aplica a la entrada no-inversora (+). Una parte de la señal de salida se devuelve a la entrada inversora (-) a través de una red de realimentación. La fracción de la tensión de salida que se devuelve a la entrada determina la ganancia total del amplificador en lazo cerrado.Como ya hemos visto en el análisis del amplificador operacional inversor, las configuraciones en lazo cerrado fuerzan a que la diferencia de tensión en los bornes de entrada del opamp sea 0 V. A este fenómeno se le conoce como “masa virtual”, y nos ayuda mucho a entender el funcionamiento de los amplificadores en lazo cerrado.
4.3.3.2 Fórmulas y circuito para el amplificador operacional no inversor Por: Yuri López Según: amplificador operacional.com Para entender el circuito y sus fórmulas, como en todos los amplificadores con realimentación negativa, debemos de partir de dos premisas:La corriente de entrada a los pines inversor y no inversor es 0 A. Ésto es debido a la alta impedancia de entrada del amplificador.La diferencia de tensión entre los pines de entrada es 0 V.A partir de aquí, podemos entender todo el funcionamiento de nuestra etapa de potencia.
Imagen: Circuito de amplificador Fuente: https://www.amplificadoroperacional.com/wp-content/uploads/2019/10/amplificador-noinversor_notas.jpg
Como la tensión en ambos pines de entrada es la misma, tenemos que:
También sabemos que 0 A entran en el pin inversor del op-amp, por lo que podemos calcular Vf a partir de la fórmula de un divisor de tensión:
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Y para calcular la ganancia del amplificador en lazo cerrado, solo tenemos que relacionar Vout con Vin.
Imagen: Circuito de amplificador Fuente: https://www.amplificadoroperacional.com/wp-content/uploads/2019/10/amplificador-noinversor_notas.jpg
Como podemos ver, la ganancia del amplificador en lazo cerrado no depende de la ganancia propia en lazo abierto, la cual idealmente es infinita. Ésto nos permite diseñar un amplificador con la ganancia que nosotros queramos, controlada a partir de las resistencias Rf y Ri.
4.3.3.3 Aplicaciones del amplificador operacional no inversor Por: Yuri López Según: amplificador operacional.com El poder controlar la ganancia a nuestro antojo nos brinda un gran abanico de aplicaciones. Una muy típica es la amplificación de señales eléctricas provenientes de sensores, para así aprovechar al máximo el rango de nuestro ADC.
Imagina que, en uno de tus proyectos, quieres leer la señal que proporciona un sensor con una salida de 0 V hasta 1 V. Conectamos nuestro sensor a un Arduino, el cual incorpora un ADC de 0 V hasta 5 V y vemos que, aún cuando el sensor está dando su valor máximo, nuestro Arduino lee 1/5 del valor que es capaz de leer. Ésto nos hace perder mucha resolución y sensibilidad, por lo que, para aprovechar al máximo el rango del ADC, podemos incorporar una etapa opamp no inversora con una ganancia de 5. Así, cuando el sensor llegue a su máximo, el ADC también lo hará, ganando en resolución.
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4.3.4 Sumador inversor Por: Eunice López Según mielectronicafaci Un amplificador sumador es aquel que está diseñado de tal manera que suma las señales de entrada aplicadas para generar una salida única. Es muy simple de construir y la funcionalidad de este amplificador es simple de analizar.De igual manera combina varias entradas y produce una salida que es la suma de estas entradas; las señales de voltaje de entrada se aplican al terminal del inversor (-). La señal de salida será la suma de las señales de entrada, invertidas y amplificadas. Esta salida se invierte ya que es un amplificador inversor.
4.3.4.1.1
Aplicaciones de sumador inversor
Por: Eunice López Según mielectronicafaci Hay varias aplicaciones de amplificadores sumadores. Dos de las aplicaciones más importantes se analizan a continuación. Mezclador de audio: El amplificador sumador es muy útil en términos de sumar o agregar múltiples señales. Este principio también es posible en varios instrumentos musicales Donde se mezcla la frecuencia de las dos señales de diferentes instrumentos. Convertidor digital-analogico dac: Estos son los convertidores en los que los valores digitales básicos que están en forma de equivalentes binarios, se convierten en términos de datos analógicos.
4.3.5 Sumador no Inversor Por: Eunice López Según wilaebaelectronica Es una configuración del amplificador operacional con la cual obtendremos la suma de dos o más voltajes de entrada amplificados. Como característica principal, los voltajes estarán conectados a la entrada no inversora del OpAmp, y la entrada inversora tendrá un arreglo de resistencias retroalimentado al voltaje de salida y conectado a tierra. Al igual que en un sumador inversor cada entrada tiene su propia impedancia de entrada que esta por el orden de 100 Mega Ohmios o mas y solo hay una impedancia de salida que esta por el orden de Ohms
4.3.6 Comparador Por: Eunice López Según Circuito Logico
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Un circuito comparador sirve para comparar dos números binarios entre sí y nos dice si uno es menor o menor que otro o si son iguales.Vamos a ver dos: el comparador de bits individuales y el comparador de igualdad de números de dos bits.si un bit es menor, igual o mayor que otro.Para ello, llamamos A al primer bit y B al segundo. Así mismo, como salidas de este circuito vamos a poner tres: MENOR, IGUAL y MAYOR. Realiza la comparación de dos palabras A y B de N bits tomadas como un número entero sin signo e indica si son iguales o si una es mayor que otra en tres salidas A = B, A > B y A < B. Bajo cualesquiera valores de A y B una y sólo una de las salidas estará a 1, permaneciendo las otras dos salidas a 0.
Fuente: mielectronicafaci, consultado 28 de marzo Fuente: https://mielectronicafacil.com/analogica/amplificador-sumador-inversor/#diagrama-del-circuito
4.3.6.1 Circuito de comparador de n bits Por: Eunice López Según:Circuito Logico Un comparador binario en cascada se va mostrar como a partir de las expresiones obtenidas en el apartado anterior es posible construir cualquier comparador de n bits utilizando la lógica de christhofer y álgebra fernández. Así se definirá el razonamiento que lleva a la formulación de un caso general para n bits y luego se dará un ejemplo para la expresión requerida para un comparador de 4 bits.Sean A y B dos vectores de 2 bits.
Fuente: cicuito lógico, consultao 24 de enero Fuente: https://sites.google.com/site/circuitologicopgug/comparadores
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4.3.7 Derivador Por: Jose Martínez Según ikastaroak.ulhi.net. Un derivador es un dispositivo electrónico pasivo, que se coloca en una línea principal de distribución para producir una o varias ramificaciones de esta. Estos componentes están diseñados para la red, pues no disponen de conectores de usuario. Tienen dos conexiones de señal, una de entrada y otra de salida, y un número a determinar de derivaciones, pudiendo disponer estas de paso de corriente hacia atrás.
Imagen: ejemplo de un derivador Fuente: https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/IEA/ICTV/ICTV04/es_IEA_ICTV04_Contenidos/ICTV04_CONT_R303_pic212_ mini.jpg
Sus características técnicas más importantes son: •
Atenuación de paso o pérdidas de inserción: Atenuación que se produce en la señal al atravesar el derivador. Viene dada por la diferencia entre el nivel de la señal a la entrada y la entrega a la salida. Se expresa en dB y debe ser la mínima posible.
•
Atenuación o pérdidas de derivación: Atenuación que se produce en nivel de la señal en cada una de las derivaciones. Se expresa en dB y tienen un valor que permita ecualizar las pérdidas en cada una de las plantas de la red.
•
Rechazo o desacoplo entre salidas: Atenuación que se produciría en una señal inyectada en una de las derivaciones en el resto de ellas. Se expresan en dB y deben ser lo mayores posibles.
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4.3.8 Integrador Por: Jose Martínez Según wikipedia.org. El integrador es un dispositivo que en su salida realiza la operación matemática de integración. Los integradores electromecánicos son usados en aplicaciones tales como medición del flujo de agua o de potencia eléctrica. Los integradores electrónicos fuederon la base del computador analógico.
Imagen: Diagrama circuital de un amplificador operacional configurado como integrador. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Integrador#/media/Archivo:Op-Amp_Integrating_Amplifier.svg
Un integrador electrónico es una forma de filtro pasa bajo de primer orden que se basa en una red resistencia-condensador, conectados a través de un amplificador operacional.
4.4
Filtros activos
Por: Allan Monroy Según Lifeder.co Los filtros activos son aquellos que cuentan con fuentes controladas o elementos activos, como, por ejemplo, amplificadores operacionales, transistores o tubos de vacío. A través de un circuito electrónico, un filtro permite cumplir con la modelización de una función de transferencia que cambie la señal de entrada y dé una señal de salida conforme al diseño. La configuración de un filtro electrónico suele ser selectiva y el criterio de selección es la frecuencia de la señal de entrada. Debido a lo anterior, dependiendo del tipo de circuito (en serie o en paralelo) el filtro permitirá el paso de ciertas señales y bloqueará el paso del resto.
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De esta manera, la señal de salida se caracterizará por estar depurada según los parámetros de diseño del circuito que constituye el filtro.
Imagen: filtros activos Fuente: https://www.lifeder.com/wp-content/uploads/2018/06/Primera-imagen.jpg
4.4.1 Filtros pasa bajos Por: Allan Monroy Según Wikipedia.org Este tipo de filtros permite el paso de las frecuencias más bajas, y atenúa o suprime las frecuencias superiores a la frecuencia de corte. Un filtro paso bajo corresponde a un filtro electrónico caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier
configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.
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Imagen: filtros pasa bajos Fuente: https://www.hwlibre.com/wp-content/uploads/2020/02/filtro-paso-bajo.jpg
4.4.2 Filtros pasa Altos Por: Eduardo Ordoñez Según Wikipedia.org Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan los componentes de baja frecuencia pero no los de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación. En particular la función de transferencia de un filtro pasa alta de primer orden corresponde a:
Imagen: Formula de un filtro pasa altos Fuente: https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5849bb3a885823591baba2424df65ed82a6ec13 f
El filtro paso alto es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en la resistencia. Si se estudia este circuito con componentes ideales para frecuencias muy bajas -continua por ejemplo- se tiene que el condensador se comporta como una impedancia de valor muy alto, idealmente como una interrupción en el circuito, por lo que impedirá el paso de corriente a la resistencia y, por tanto, la diferencia de tensión en la resistencia será cero.
Imagen: Diagrama de un filtro pasa alto Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fe/High_pass_filter.svg/1024pxHigh_pass_filter.svg.png
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4.4.3 Filtrospasa Banda Por: Eduardo Ordoñez Según Wikipedia.org Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto, para el cálculo de la función de transferencia se puede hacer uso del método de mallas.
Imagen: Respuesta frecuencial de un filtro paso banda Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7b/Bandwidth_thick.png
Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistor, bobina y condensador) en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería la frecuencia central (fc) y las componentes frecuenciales próximas a esta, . No obstante, bastaría con una simple red resonante LC. Estos filtros tienen aplicación en ecualizadores de audio, y hacen que unas frecuencias se amplifiquen más que otras. Otra aplicación consiste en eliminar ruidos que aparecen junto a una señal, siempre que la frecuencia de ésta sea fija o conocida.
4.4.4 Filtros rechaza banda Por: Ioannes Oxcal SegúnWikipedia.org El filtro suprime banda, también conocido como filtro eliminador de banda, filtro notch, filtro trampa o filtro de rechazo de banda es un filtro electrónico que no permite el paso de señales cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias de corte superior e inferior. Tipos de implementación Pueden implementarse de diversas formas. Una de ellas consistirá en dos filtros, uno paso bajo cuya frecuencia de corte sea la inferior del filtro elimina banda y otro paso alto cuya frecuencia de corte sea la superior del filtro elimina banda. Como ambos son sistemas lineales e invariantes, la respuesta en frecuencia de un filtro banda eliminada se puede
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obtener como la suma de la respuesta paso bajo y la respuesta paso alto (hay que tener en cuenta que ambas respuestas no deben estar solapadas para que el filtro elimine la banda que interesa suprimir), ello se implementará mediante un sumador analógico, hecho habitualmente con un amplificador operacional. Otra forma más sencilla, si bien presenta una respuesta en frecuencia menos selectiva, sería la de colocar lo que se conoce como circuito trampa. En efecto, si unimos los dos bornes (la considerada activo y la considerada masa) con un dipolo resonante LC serie o paralelo, la respuesta global sería la de un filtro elimina banda (el mínimo de la respuesta estaría en la frecuencia de resonancia del dipolo resonante). Imagen: Filtros rechaza banda
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_elimina_banda
Los filtros de rechazo de banda, también pueden clasificarse en 2 tipos De banda amplia De banda estrecha. La relación entre el factor de calidad, el ancho de banda a 3dB y la frecuencia central es la misma que se utiliza en los filtros pasa banda.
Para el filtro pasa banda de banda amplia, la frecuencia central está dada por:
Imagen: Filtros rechaza banda Fuente: https://lc.fie.umich.mx/~jfelix/InstruII/FRB/frb.htm
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Filtro pasa banda de banda amplia: En general un filtro de rechazo de banda puede ser elaborado conectando en paralelo las secciones de filtros pasa altas y pasa bajas, el orden de las secciones, así como la ganancia en la banda de paso debe de ser el mismo. Para conectar las secciones en paralelo, es necesario “sumar” las salidas de cada uno de los filtros. Es importante que las frecuencias de las secciones pasa bajas y pasa altas no se traslapen y que ambas tengan la misma ganancia en la banda de paso. En el caso de que las frecuencias se traslapen, el filtro NO atenuara al máximo el máximo valor de salida Para que esto se cumpla, la frecuencia de corte del filtro pasa altas debe de ser 10 o más veces la frecuencia de corte del filtro pasa bajas (1 década). Las características del filtro rechaza banda de banda ancha obtenido mediante los filtros pasa bajas y pasa altas conectados en paralelo tienen las siguientes características: -
La frecuencia de corte inferior esta determinada solo por el filtro pasa bajas
-
La frecuencia de corte superior esta determinada por el filtro pasa altas
-
La ganancia tendrá su valor mínimo en la frecuencia central.
Para la obtención de la función de transferencia del filtro de rechazo de banda amplia, es posible sumar las funciones de transferencia de cada uno de los filtros. Filtro pasa banda de banda angosta: Los filtros rechaza banda también llamados filtros muesca, no permite el paso de una banda de frecuencias. Es decir este tipo de filtros rechaza aquellas frecuencias que se encuentran en un ancho de banda definido. Este tipo de filtro permite el paso de las frecuencias inferiores o superiores a la frecuencia central del filtro. La salida se atenúa de manera máxima en la frecuencia central del filtro.
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4.5 Filer pro Por: Ioannes Oxcal Según electrónica general.com Esto es una ampliación de los filtros que se vieron en el temario de Analógica: sistema. Como se supone, los filtros sirven para atenuar unas frecuencias, dejando pasar o amplificando las que nos interesan. Los filtros pasivos se componen simplemente de una resistencia y un condensador. Para hacer un filtro activo, utilizamos también un amplificador operacional. Filtros de primer orden Los filtros pasivos son un ejemplo de filtro de primer orden, el orden de un filtro se puede distinguir por la pendiente antes o a partir de la frecuencia de corte. Un filtro de primer orden tiene una pendiente de +-20 decibelios por década (dB/déc).
Vamos a ver los distintos circuitos que nos dan los filtros activos del mismo tipo. Donde podemos distinguir dos partes: la ganancia estática de las frecuencias más bajas (-R/R1) y el factor de atenuación según la frecuencia en la que se encuentre.
Imagen: Filer pro Fuente: https://lc.fie.umich.mx/~jfelix/InstruII/FRB/frb.htm
La frecuencia a la que empieza a disminuir, llamada frecuencia de corte, se trata de la frecuencia en la que el factor de atenuación dependiente de la frecuencia deja de ser despreciable. Exactamente, se considera justo la frecuencia de corte cuando se da una ganancia de -3 dB respecto a la ganancia estática. A partir de ahí, la ganancia tiene una pendiente de -20 dB/déc. Ésta frecuencia es exactamente… Wo = 1/RC
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Podemos dibujar la función de transferencia según la frecuencia en un diagrama de Bode, donde podemos ver cómo evoluciona la ganancia y la fase de la señal (que se verá desfasada al paso por el filtro): Filtro paso alto De la misma forma pero al contrario, podemos encontrar un filtro que atenúa las frecuencias bajas, según aumenta la frecuencia, la ganancia va aumentando con una pendiente de +20 dB/déc. Una vez llegada a la frecuencia de corte, se establece una ganancia estática.
Imagen: Filer pro Fuente: https://lc.fie.umich.mx/~jfelix/InstruII/FRB/frb.htm
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Taller de Electrónica Digital
Quinto Grado
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Capítulo I 1.1 Introducción al análisis de los circuitos AC Por: Ioannes Oxcal Según mi universo electrónico.com Los circuitos de corriente alternan son aquellos que están formados por elementos pasivos, tales como resistencias, bobinas y condensadores. Además, los generadores existentes en el circuito deben ser sinusoidales. Todos los métodos de análisis y teoremas vistos en circuitos de corriente continua (DC) son válidos en circuitos de corriente alterna (AC), con la única salvedad de las herramientas matemáticas utilizadas en la resolución de los mismos. Para resolver circuitos de corriente alterna se utilizan los números complejos, ecuaciones diferenciales y transformada de Laplace. Pasos para resolver un circuito de corriente alterna Cuando tengamos que resolver ejercicios con circuitos de corriente alterna, deberemos seguir unos pasos. De manera general serán los siguientes: Si nos dan los datos de los elementos del circuito, generadores e impedancias en el dominio del tiempo, lo pasaremos al dominio complejo para utilizar los fasores. Dibujaremos el circuito con los valores de los elementos en el dominio complejo. Procederemos a realizar los cálculos necesarios, siempre con los números complejos, aplicando los teoremas y técnicas del análisis de circuitos que conozcamos para resolver el ejercicio. Si fuese necesario, porque nos lo pidan así, pasaremos al dominio del tiempo las variables que nos soliciten. Cabe destacar que cuando trabajemos con variables en el dominio del tiempo las letras se escribirás en minúsculas, en cambio, cuando utilicemos los fasores, las variables se nombraran con letras mayúsculas. No hay nada mejor que realizar un ejemplo resuelto paso a paso para comprobar todo lo visto anteriormente. En el circuito de la figura, determinar el valor de la tensión vo(t), si el valor del generador es:
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Imagen: Introducción al análisis de los circuitos AC Fuente: https://miuniversoelectronico.com/circuitos-de-corriente-alterna/
1.1.1
Números Complejos
Por: Cristopher Pérez Según: Mineduc.gob.gt Los números complejos, designados con la notación son una extensión de los números reales y forman un cuerpo algebraicamente cerrado. Entre ambos conjuntos de números se cumple que, es decir: está estrictamente contenido en. Los números complejos incluyen todas las raíces de los polinomios, a diferencia de los reales. Todo número complejo puede representarse como la suma de un número real y un número imaginario (que es un múltiplo real de la unidad imaginaria, que se indica con la letra i, o en forma polar). Los números complejos son la herramienta de trabajo del álgebra, análisis, así como de ramas de las matemáticas puras y aplicadas como variable compleja, ecuaciones diferenciales, facilita el cálculo de integrales, en aerodinámica, hidrodinámica y electromagnetismo entre otras de gran importancia. Además, los números complejos se utilizan por doquier en matemáticas, en muchos campos de la física (notoriamente en la mecánica
cuántica)
y
en ingeniería,
especialmente
en
la electrónica y
las telecomunicaciones, por su utilidad para representar las ondas electromagnéticas y la corriente eléctrica. En matemáticas, estos números constituyen un cuerpo y, en general, se consideran como puntos del plano: el plano complejo. Este cuerpo contiene a los números reales y los imaginarios puros. Se define cada número complejo z como un par ordenado de números reales: z = (a, b). A su vez el primer elemento a se define como parte real de z, se denota {\displaystyle a={\text{Re}}(z)}; el segundo elemento b se define como parte imaginaria de z, se denota {\displaystyle b={\text{Im}}(z)}. Luego en el conjunto ℂ de los números complejos, se definen tres operaciones y la relación de igualdad:
Página 181 de 288 Igualdad {\displaystyle (a,b)=(c,d)\iff a=c\land b=d} Al número {\displaystyle (a,0)} se denomina número complejo real y como entre el conjunto de estos y el conjunto ℝ de los números reales se establece un isomorfismo, se asume que todo número real es un número complejo. Al número complejo {\displaystyle (0,b)} se denomina número imaginario puro. Puesto que {\displaystyle (a,0)+(0,b)=(a,b)} se dice que un número complejo es la suma de un número real con un número imaginario puro.
1.1.1.2 Operaciones Racionales
Imagen: Operaciones Racionales Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_complejo#Definici%C3%B3n
1.1.2. Impedancia compleja y notación fasorial. Por: Cristopher Pérez Según catedra.ing
1.1.2.1 Notación y convenciones utilizadas en los cálculos En todos los desarrollos que seguirán a continuación vamos a tener todo el tiempo en mente ciertos elementos y convenciones, a saber: • Las fuentes de tensión y corrientes son todas alternas sinusoidales pero subestimamos la representación temporal de senos y cosenos a favor de un entendimiento dinámico de módulos y fases o desfasajes (justamente eso son los “fasores"). • Todos los valores de tensiones y corrientes son eficaces ya que esta es la utilización viable y mayoritariamente aceptada en la industria. Dicho esto lo siguiente es mostrar la notación que utilizaremos para las expresiones y cálculos a desarrollar. Necesitamos una forma especial de escribir impedancias, corrientes y tensiones porque estas además de
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tener un módulo tienen una fase, o sea un ángulo. Esta fase (ángulo) la mediremos con respecto a alguna referencia. 2 Las tensiones y corrientes las escribimos agrupando módulo y fase de la siguiente manera:
Imagen: Impedancia, corrientes y fasoriales. Fuente: https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/cys/DI/Alterna.pdf
Es lógico que la tensión sea un valor conocido ya que proviene siempre de una fuente (Ej.: el enchufe de la pared) y si es así su módulo en valor eficaz es dato (por Ej.: 220V). Así, por ser un punto de partida, es común asignarle cero grados a su fase convirtiéndose de esta manera en la referencia que se mencionaba arriba. Entonces si la tensión es conocida y tenemos los elementos para obtener la impedancia calculamos la corriente:
Imagen: Impedancia, corrientes y fasoriales. E-grafía: https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/cys/DI/Alterna.pdf
Supongamos una tensión de alimentación de 20V (50Hz) y una impedancia con R=1Ω y XL= 5Ω. La reactancia total es XL-XC= 5Ω
Imagen: Impedancia, corrientes y fasoriales. Fuente: https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/cys/DI/Alterna.pdf
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Esto es: 3,9 amperes con 87,4° negativos, entonces la corriente atrasa a la tensión (lo cual era de esperarse ya que se trata de una carga inductiva). Hay que subrayar que el valor obtenido para el módulo de la corriente ya es eficaz. Esto es porque la determinamos a partir de un valor eficaz de tensión.
Imagen: Impedancia, corrientes y fasoriales. E-grafía: https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/cys/DI/Alterna.pdf
1.1.3. Circuito en serie y paralelo Por: Cristopher Pérez Según: Wikipedia.org Los componentes de un circuito eléctrico o electrónico se pueden conectar de muchas maneras diferentes. Los dos más simples de estos se llaman circuito en serie y circuito en paralelo y ocurren con frecuencia. Los componentes conectados en serie están conectados a lo largo de una sola ruta, por lo que la misma corriente fluye a través de todos los componentes. Los componentes conectados en paralelo se conectan a lo largo de múltiples rutas, por lo que se aplica el mismo voltaje a cada componente.
En un circuito en serie, la corriente a través de cada uno de los componentes es la misma, y el voltaje a través del circuito es la suma de los voltajes a través de cada componente. En un circuito en paralelo, el voltaje en cada uno de los componentes es el mismo, y la corriente total es la suma de las corrientes a través de cada componente.
Considere un circuito muy simple que consta de cuatro bombillas y una batería de 6 V. Si un cable une la batería a una bombilla, a la siguiente bombilla, a la siguiente bombilla, a la siguiente bombilla, y luego a la batería, en un bucle continuo, se dice que las bombillas están en serie. Si cada bombilla está conectada a la batería en un bucle separado, se dice
que
las
bombillas
están
en
paralelo.
Si las cuatro bombillas están conectadas en serie, existe el mismo amperaje en todas ellas,
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y la caída de voltaje es de 1.5 V en cada bombilla, lo que puede no ser suficiente para hacerlas
brillar.
Si las bombillas están conectadas en paralelo, las corrientes a través de las bombillas se combinan para formar la corriente en la batería, mientras que la caída de voltaje es a través de cada bombilla y todas brillan. En un circuito en serie, cada dispositivo debe funcionar para que el circuito se complete. Una bombilla que se quema en un circuito en serie rompe el circuito. En los circuitos paralelos, cada bombilla tiene su propio circuito, por lo que todas las bombillas, excepto una, podrían apagarse y la última seguirá funcionando.
1.1.3.1. Circuitos en serie Los circuitos en serie a veces se denominan acoplados por corriente o acoplados en cadena. La corriente en un circuito en serie atraviesa todos los componentes del circuito. Por lo tanto, todos los componentes en una conexión en serie llevan la misma corriente. (Todos los receptores utilizan el mismo generador eléctrico). Que los diferencia de los demás. La característica principal de un circuito en serie es que solo tiene una ruta en la que su corriente puede fluir. Abrir o romper un circuito en serie en cualquier punto hace que todo el circuito se "abra" o deje de funcionar. Por ejemplo, si incluso una de las bombillas de una cadena de luces de árboles de Navidad de estilo más antiguo se apaga o se quita, la cadena entera deja de funcionar hasta que se reemplaza la bombilla.
1.1.3.2. Corriente En los circuitos en serie, la corriente es la misma para todos los elementos.
1.1.3.3. Resistencias La resistencia total de las resistencias en serie es igual a la suma de sus resistencias individuales:
Imagen: Resistencia en serie.
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Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/11/Resistors_in_series.svg/19 20px-Resistors_in_series.svg.png Rs=>Resistencia en serie.
1.1.3.4. Circuitos paralelos Si dos o más componentes están conectados en paralelo, tienen la misma diferencia de potencial (voltaje) en sus extremos. Las diferencias de potencial entre los componentes son iguales en magnitud y también tienen polaridades idénticas. La misma tensión se aplica a todos los componentes del circuito conectados en paralelo. La corriente total es la suma de las corrientes a través de los componentes individuales, de acuerdo con la ley actual de Kirchhoff.
1.1.3.5. Voltaje En un circuito paralelo, la tensión es la misma para todos los elementos.
Imagen: Voltaje Wikipedia Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Circuitos_en_serie_y_en_paralelo#Circuitos_paralelos.
1.1.3.6. Resistencias Para encontrar la resistencia total de todos los componentes, agregue los recíprocos de las resistencias Ri de cada componente y tome el recíproco de la suma. La resistencia total siempre será menor que el valor de la resistencia más pequeña:
Imagen: Resistencias Wikipedia Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Circuitos_en_serie_y_en_paralelo#Circuitos_paralelos
Para solo dos resistencias, la expresión no correspondida es razonablemente simple: Esto a veces va por el producto mnemotécnico sobre la suma.
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1.1.4
Circuito RLC
Por: Angel Pocasangre Un circuito en alterna con inductores y/o capacitores varía su comportamiento dependiendo de la frecuencia y del valor de estos componentes. En general, teniendo en cuenta todas las posibilidades, podemos encontrarnos concircuitos que tengan los siguientes comportamientos: ● Resistivo puro. ● Inductivo puro. ● Capacitivo puro. ● Resistivo-Inductivo (o R-L). ● Resistivo-Capacitivo (o R-C). ● Inductivo-Capacitivo (o L-C). ● Resistivo-Inductivo-Capacitivo (o R-L-C).
Imagen: Ejemplo de circuito RLC Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/RLC_series_circuit.png
1.1.5 Introducción a las redes Por: Angel Pocasangre Según: juntadeandalucia.es Una red es un conjunto de ordenadores conectados entre si, que pueden comunicarse para compartir datos yrecursos sin importar la localización física de los distintos dispositivos. A través de una red se pueden ejecutar procesos en otro ordenador o acceder a sus ficheros, enviar mensajes,compartir programas... El origen de las redes hay que buscarlo en la Universidad de Hawai, donde se desarrollo, en los años setenta, elMétodo de Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones, CSMA/CD (Carrier Sense andMultiple Access withCollitionDetection), utilizado actualmente por Ethernet.
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Imagen: Redes Informaticas Fuente: https://masteringnetworks.com/wp-content/uploads/2021/08/Gratis-1.png
1.1.5.1 Según su distribución: Por: Angel Pocasangre Según: ceupe.mx Lineal: La topologia lineal es un diseño sencillo en el que un solo cable, que es conocido como “bus”, es compartido por todos los dispositivos de la red. El cable va recorriendo cada uno de los ordenadores y se utiliza una terminación en cada uno de los dos extremos. Los dispositivos se conectan al bus utilizando generalmente un conector en T. Estrella: Los nodos de la red se conectan con cables dedicados a un punto que es una caja de conexiones, llamada HUB o concentradores. En una topología en estrella cada estación de trabajo tiene su propio cable dedicado, por lo que habitualmente se utilizan mayores longitudes de cable. Árbol: La topología en árbol se denomina también topología en estrella distribuida. Al igual que sucedia en la topología en estrella, los dispositivos de la red se conectan a un punto que es una caja de conecxiones, llamado HUB. Anillo: En una red en anillo los nodos se conectan formando un circulo cerrado. El anillo es unidireccional, de tal manera que los paquetes que transportan datos dicrulan por el anillo en un solo sentido. En una red local en anillo simple, un corte del cable afecta a todas las estaciones, por lo que se han desarrollado sistemas en anillo doble o combinando topologías de anillo y estrella.
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Imagen: distribución de las redes Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Topolog%C3%ADa_de_red.png/250px-Topolog%C3%ADa_de_red.png
1.1.6
Networking
Por: Angel Pocasangre Según: uv.mx El Networking es una práctica que se basa en establecer una red de contactos profesionales, en las que se pretende generar oportunidades laborales o de negocio, para esto se realizan encuentros, charlas, conferencias o cualquier tipo de reunión en la que tanto empresarios como personas naturales que hagan parte de diferentes profesiones y sectores del mercado, puedan generar temas de conversación, esto con el fin de que interactúen unos con otros y a partir de allí se empiecen a generar conexiones entre ellos, especialmente entre aquellos que encuentran intereses en común y que puedan servir para futuras negociaciones o incluso para futuras búsquedas de empleo. El networking favorece que los emprendedores, los empresarios y los trabajadores construyan capital social, fortalezcan sus respectivas posiciones y derriben los obstáculos que atentan contra su crecimiento. Según sus características, existen diferentes clases de networking.
Imagen: ¿Qué es networking? Fuente: https://economipedia.com/wp-content/uploads/networking-1.jpg
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1.1.7
Protocolos de red
Reglas que rigen las comunicaciones: Los hosts y los dispositivos de red implementan las suites de protocolos en software, hardware o ambos. Los protocolos se muestran encapas, donde cada servicio denivel superior depende de lafuncionalidad definida por losprotocolos que se muestran enlos niveles inferiores. Protocolos de red: Los protocolos de red definen unformato y un conjunto de reglascomunes para intercambiarmensajes entre dispositivos. Algunos de los protocolos de redmás comunes son HypertextTransfer Protocol (HTTP), elprotocolo de control detransmisión (TCP) y el protocolode Internet (IP). Interacción de protocolos: La comunicación entre un servidor web yun cliente web es un ejemplo deinteracción entre varios protocolos:
HTTP: protocolo de aplicación que rige la forma en que interactúan un servidor web y un cliente web. TCP: protocolo de transporte que administra las conversaciones individuales. IP: encapsula los segmentos TCP en paquetes, asigna direcciones y entrega al host de destino. Ethernet: permite la comunicación a través deun enlace de datos y la transmisión física dedatos en los medios de red.
Imagen: protocolos de red Fuente: https://internetpasoapaso.com/wp-content/uploads/Protocolos-de-redes-inform%C3%A1ticas.jpg
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1.1.7. Protocolos de red. Por: Diego Quiñonez Según vervoip.com Un protocolo es un conjunto de reglas: los protocolos de red son estándares y políticas formales, conformados por restricciones, procedimientos y formatos que definen el intercambio de paquetes de información para lograr la comunicación entre dos servidores o más dispositivos a través de una red. Los protocolos de red incluyen mecanismos para que los dispositivos se identifiquen y establezcan conexiones entre sí, así como reglas de formato que especifican cómo se forman los paquetes y los datos en los mensajes enviados y recibidos. Algunos protocolos admiten el reconocimiento de mensajes y la compresión de datos diseñados para una comunicación de red confiable de alto rendimiento.Los utilizamos prácticamente todos los días, aunque la mayoría de los usuarios no lo sepan, ni conozcan su funcionamiento. Cuando se lleva a cabo la comunicación entre ordenadores conectados a una misma red, los datos se parten en paquetes de datos más pequeños, normalmente tienen una longitud de 1500 bytes, ya que es el típico MTU (Maximum Transfer Unit) que se suele utilizar en las redes. No obstante, las redes locales profesionales utilizan un MTU de 9000 bytes o superior, son los conocidos como Jumbo Frames, esto permite optimizar el máximo la transferencia de datos ya que se van a transferir menos cabeceras que también tienen un cierto tamaño. Por supuesto, una vez que hemos partido los datos en paquetes más pequeños, al llegar al destinatario, es necesario reensamblarlos para posteriormente pasarlos a capa de aplicación. .
1.1.7.1 Tipos de protocolos de red: Por: Diego Quiñonez Los protocolos para la transmisión de datos en internet más importantes son TCP (Protocolo de Control de Transmisión)
e IP (Protocolo de Internet). Algunos
otros protocolos de comunicación asociados a internet son POP, SMTP y HTTP.
Imagen de protocolos de red. Fuente: vervoip.com/blog/protocolos-de-internet/
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1.1.8. Modelos OSI. Por: Diego Quiñonez De Wikipedia.org El modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI, por sus siglas en inglés) es un modelo conceptual, creado por la Organización Internacional de Normalización (ISO), que permite que diversos sistemas de comunicación se comuniquen usando protocolos estándar. En resumidas cuentas, el modelo OSI proporciona a los diferentes sistemas informáticos un estándar para comunicarse entre sí. El modelo OSI se puede entender como un lenguaje universal de comunicación entre sistemas de redes informáticas que consiste en dividir un sistema de comunicación en siete capas abstractas, apiladas en vertical. A continuación listamos algunos de los protocolos de red más conocidos, según las capas del modelo OSI: 1. Capa física Esta capa incluye los dispositivos físicos que participan en la transferencia de datos, como los cables. Se trata también de la capa en la que los datos se convierten en una secuencia de bits, que es una serie de unos y ceros.SONET: Red óptica sincronizada
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
2. Capa de enlace de datos La capa de enlace de datos es muy similar a la capa de red, salvo que lo que hace es facilitar la transferencia de datos entre dos dispositivos ubicados en una misma red. La capa de enlace de datos toma los paquetes de la capa de red y los rompe en trozos más pequeños denominados tramas.
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Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
3.Capa de red
La capa
de red es la responsable de posibilitar las transferencias de datos entre dos redes diferentes.
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
4. Capa de transporte La capa 4 es la responsable de las comunicaciones de extremo a extremo entre dos dispositivos. Esto implica, antes de proceder a ejecutar el envío a la capa 3, tomar datos de la capa de sesión y fragmentarlos seguidamente en trozos más pequeños llamados segmentos. La capa de transporte del dispositivo receptor es la responsable luego de rearmar tales segmentos y construir con ellos datos que la capa de sesión pueda consumir.
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
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5. Capa de sesión
La capa
de sesión es la responsable de la apertura y cierre de comunicaciones entre dos dispositivos. Ese tiempo que transcurre entre la apertura de la comunicación y el cierre de esta se conoce como sesión. La capa de sesión garantiza que la sesión permanezca abierta el tiempo suficiente como para transferir todos los datos que se están intercambiando; tras esto, cerrará sin demora la sesión para evitar desperdicio de recursos.
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
6. Capa de presentación
Esta capa
es principalmente responsable de preparar los datos para que los pueda usar la capa de aplicación; en otras palabras, la capa 6 hace que los datos se preparen para su consumo por las aplicaciones. La capa de presentación es responsable de la traducción, el cifrado y la compresión de los datos.
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
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7. Capa de aplicación
Esta es la
única capa que interactúa directamente con los datos del usuario. Las aplicaciones de software, como navegadores web y clientes de correo electrónico, dependen de la capa de aplicación para iniciar comunicaciones.
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
¿Por qué es importante el modelo OSI? Aunque la red moderna de Internet no se adhiere estrictamente al modelo OSI (más bien al conjunto de protocolos de Internet más sencillo), este continúa siendo muy útil de cara a la resolución de diversos problemas de red. Tanto si se trata de una persona que no puede acceder a Internet utilizando su portátil o la interrupción de una página web que impide el acceso a miles de usuarios, el modelo OSI puede ayudar a reducir el problema y aislar la fuente del mismo. Si el problema se puede reducir a una capa específica del modelo, se puede evitar mucho trabajo innecesario.
Imagen de modelo OSI. Fuente: https://concepto.de/modelo-osi/
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1.1.9. Conceptos básicos sobre redes. Por: Diego Quiñonez Según Cervi.es Una red es un conjunto de dispositivos físicos "hardware" y de programas "software", mediante el cual podemos comunicar computadoras para compartir recursos (discos, impresoras, programas.) así como trabajo (tiempo de cálculo, procesamiento de datos.). Local Area Network (LAN) Si una red está formada por más de un ordenador, esta recibe el nombre de Local Area Network (LAN). Una red local de tales características puede incluir a dos ordenadores en una vivienda privada o a varios miles de dispositivos en una empresa. Asimismo, las redes en instituciones públicas como administraciones, colegios o universidades también son redes LAN. Un estándar muy frecuente para redes de área local por cable es Ethernet. Otras opciones menos comunes y algo obsoletas son las tecnologías de red ARCNET, FDDI y Token Ring. La transmisión de datos tiene lugar o bien de manera electrónica a través de cables de cobre o mediante fibra óptica de vidrio.
Imagen de concepto básico de redes. Fuente: https://www.caracteristicas.co/redes-de-computadoras/
Metropolitan Area Network (MAN) La Metropolitan Area Network (MAN) o red de área metropolitana es una red de telecomunicaciones de banda ancha que comunica varias redes LAN en una zona geográficamente cercana. Por lo general, se trata de cada una de las sedes de una empresa que se agrupan en una MAN por medio de líneas arrendadas. Para ello, entran en acción routers de alto rendimiento basados en fibra de vidrio, los cuales permiten un rendimiento mayor al de Internet y la velocidad de transmisión entre dos puntos de unión distantes es comparable a la comunicación que tiene lugar en una red LAN.
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Imagen de concepto básico de redes. Fuente: https://www.caracteristicas.co/redes-de-computadoras/ Wide Area Network (WAN) Mientras que las redes Metropolitan Area Networks comunican puntos que se encuentran cerca unos de los otros en regiones rurales o en zonas de aglomeraciones urbanas, las Wide Area Networks (WAN) o redes de área amplia se extienden por zonas geográficas como países o continentes. El número de redes locales o terminales individuales que forman parte de una WAN es, en principio, ilimitado.
Imagen de concepto básico de redes. Fuente: https://www.caracteristicas.co/redes-de-computadoras/
Global Area Network (GAN) Una red global como Internet recibe el nombre de Global Area Network (GAN), sin embargo no es la única red de ordenadores de esta índole. Las empresas que también son activas a nivel internacional mantienen redes aisladas que comprenden varias redes WAN y que logran, así, la comunicación entre los ordenadores de las empresas a nivel mundial. Las redes GAN utilizan la infraestructura de fibra de vidrio de las redes de área amplia (Wide Area Networks) y las agrupan mediante cables submarinos internacionales o transmisión por satélite.
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Imagen de concepto básico de redes. Fuente: https://www.caracteristicas.co/redes-de-computadoras/
Virtual Private Network (VPN) Una red privada virtual (VPN) es una red de comunicación virtual que utiliza la infraestructura de una red física para asociar sistemas informáticos de manera lógica. En este sentido, se puede tratar de todos los tipos de redes expuestos anteriormente. Lo más común es utilizar Internet como medio de transporte, ya que este permite establecer la conexión entre todos los ordenadores a nivel mundial y, al contrario de lo que ocurre con las redes MAN o WAN privadas, está disponible de forma gratuita. La transferencia de datos tiene lugar dentro de un túnel virtual erigido entre un cliente VPN y un servidor VPN.
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1.1.10 Dirección IP Por: Marlon Ramirez Según Copyright Avast Software s.r.o Dirección IP significa dirección del Protocolo de Internet. Este protocolo es un conjunto de reglas para la comunicación a través de Internet, ya sea el envío de correo electrónico, la transmisión de vídeo o la conexión a un sitio web. Una dirección IP identifica una red o dispositivo en Internet.
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Para poder conectarse, los dispositivos necesitan un modo de identificarse. Los protocolos de Internet gestionan el proceso de asignar a cada dispositivo su propia dirección IP. (Los protocolos de Internet hacen más cosas, como redirigir el tráfico de los datos). De este modo resulta sencillo ver qué dispositivos en Internet envían, solicitan y reciben qué información. Cada dispositivo conectado a Internet cuenta con una dirección IP. Las direcciones IP son como los números de teléfono y tienen el mismo propósito. Cuando se pone en contacto con alguien, su número de teléfono identifica quién es usted y asegura a la persona que responde que es quien dice ser. Las direcciones IP hacen exactamente lo mismo cuando está en línea. Hay dos tipos de direcciones IP: IPv4 e IPv6. Es fácil reconocer la diferencia si echamos cuentas. Las direcciones IPv4 constan de una serie de cuatro números que van del 0 (excepto el primero) al 255, separados del siguiente por un punto. Por ejemplo, 5.62.42.77. Las direcciones IPv6 se representan mediante ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales. Estos grupos quedan separados por el signo de dos puntos. Una dirección IPv6 típica tiene este aspecto: 2620:0aba2:0d01:2042:0100:8c4d:d370:72b4. Es fácil averiguar su dirección IP. De hecho, tenemos una guía que muestra cómo encontrar su dirección IP en Mac o Windows. Las partes de su dirección IP Una dirección IP tiene dos partes: el ID de red, compuesto por los tres primeros números de la dirección, y un ID de host, el cuarto número del grupo. Por tanto, en su red doméstica, que tal vez conozca como 192.168.1.1, «192.168.1» es el ID de red y el número final (.1, .2, .3, etcétera) es el ID de host. El ID de red es exactamente lo que el nombre sugiere: una indicación de la red en la que se encuentra el dispositivo. El ID de host se refiere al dispositivo específico en esa red. (Normalmente el router es el .1 y a los dispositivos subsiguientes se les asigna .2, .3, etcétera). Debido a esta especificidad del dispositivo, es posible enmascarar la propia dirección IP frente al mundo exterior mediante una red privada virtual (VPN). Cuando se utiliza una VPN, se evita que la red externa revele su dirección. IPv4 data de comienzos de la década de 1980, cuando Internet era una red privada de uso militar. IPv4 permite asignar un total de 4300 millones de direcciones, lo que puede parecer muchísimo. Sin embargo, a causa de todos los equipos, smartphones y tabletas que hay conectados a Internet, por no hablar de los dispositivos IoT, nos hemos quedado sin direcciones IPv4. De hecho, esto empezó a suceder en la década de 1990. Gracias a ingeniosos trucos técnicos hemos podido ir tirando. La Internet Engineering Task Force (IETF), que diseña las tecnologías subyacentes de Internet, desarrolló IPv6 hace una década. Tiene un total potencial de 340 decillones de direcciones (eso es el número 340 seguido de 36 ceros), lo que significa que, en teoría, jamás se agotarán. Poco a poco va reemplazando a IPv4, pero, de momento, ambos coexisten.
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Imagen: Direccion IP Fuente:https://academy.avast.com/hsfs/hubfs/New_Avast_Academy/What%20is%20an%20IP%20Address/What_is_an_IP_Address.png?width=275 0&name=What_is_an_IP_Address.png
1.1.11
Máscara de red
Por: Marlon Ramirez Según Spiegato Una máscara de red es un código de números que se utiliza para transferir mensajes correctamente entre máquinas en la misma subred. Funciona junto con el enrutador de una red para determinar a dónde van los datos cuando se reciben. Las máscaras de red se utilizan para identificar qué parte de una dirección IP representa la dirección de red y qué parte representa la dirección de la máquina. Una máscara de red es esencialmente una máscara matemática que oculta una parte de una dirección IP y la reemplaza con otros números. Las máscaras de red se utilizan en redes informáticas de todos los tamaños.
Es un término que se usa comúnmente en las industrias de tecnología informática y de Internet. La máscara de red más común es una máscara de 32 bits. Las máscaras de 32 bits se crearon para usarse con dos propósitos principales; en primer lugar, para administrar sitios de Internet y dividir una dirección IP en lo que se denominan subredes y, en segundo lugar, para especificar los hosts disponibles para las redes y determinar a dónde van los datos cuando los recibe el enrutador. Las máscaras de red son esenciales para el éxito de las redes informáticas de Internet.
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Imagen: Mascara de Red Fuente: https://interpolados.files.wordpress.com/2017/03/35.png
1.1.12
Puerta de enlace predeterminada
Por: Marlon Ramirez De Wikipedia.org Es el nodo que sirve como enlace entre dos redes informáticas, es decir, es aquel dispositivo que conecta y dirige el tráfico de datos entre dos o más redes. Este dispositivo, al conectar dos redes del Internet Protocolo (IP), poseerá: una dirección IP privada: para identificarse dentro de la red local (intranet), una dirección IP pública: para identificarse dentro de la red exterior (extranet). Generalmente, en los hogares u oficinas, ese dispositivo es el enrutador y cablemódem o módem-DSL, que conecta la red local (LAN) hogareña u ofimática con Internet (WAN). En las empresas, muchas veces es una computadora la que dirige el tráfico de datos entre la LAN y la red exterior, y generalmente, también actúa como servidor proxy y cortafuegos (firewall).
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Imagen: Puerta de enlace predeterminada Fuente:https://ccnadesdecero.es/wp-content/uploads/2020/03/Env%C3%ADo-de-paquete-con-puertade-enlace-predeterminada.png
1.1.13 Servicios DNS Por: Jeferson Rosales Según ayudaleyprotecciondatos.es DNS se corresponde con las siglas de Domain Name System que se traduce por Sistema de Nombres de Demonio y es el sistema que hace posible que podamos navegar por Internet, puesto que apunta los dominios al servidor correspondiente y, además, sirve de intérprete entre nosotros y la máquina al traducir la dirección IP (una secuencia numérica) a un nombre de demonio (el nombre de una web). DNS es una base de datos distribuida cuya función es traducir los nombres de dominio en las redes. Es decir, que se encargan de traducir la solicitud de un nombre.
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Imagen: DNS Fuente: https://ayudaleyprotecciondatos.es/dns/
Primero se debe de entender que todo equipo conectado a la Red y toda página o sitio web tienen asignados una dirección IP. Puesto que existen millones de direcciones IP, nos resultaría imposible conocerlas todas, además, se es más fácil el memorizar nombres, por ello existen los dominios y los DNS para traducir esas direcciones IP a un texto. Así, el DNS sirve para traducir los nombres en direcciones IP y viceversa, haciendo posible que podamos navegar por Internet con facilidad, solo teniendo que introducir el nombre de una página o sitio web para acceder a él. El DNS se compone de tres partes con funciones diferentes: *El cliente DNS que está instalado en el cliente (que somos nosotros) y es el que se ocupa de realizar las peticiones de resolución de nombres a los servidores DNS. *El servidor DNS es el encargado de contestar las peticiones del cliente, resolviendo los nombres a través de un sistema estructurado en forma de árbol. El servidor DNS es la dirección que ponemos en la configuración de nuestra conexión a Internet. *Las zonas de autoridad son los servidores o grupos de ellos encargado de resolver un conjunto de dominios en concreto (.com, .es, .net, .org, etc.)
1.1.13.1 ¿Cómo funciona el DNS? El DNS funciona recorriendo esa estructura de árbol haciendo consultas de DNS, es decir, solicitando información, e irá subiendo por los diferentes niveles del árbol hasta resolver el nombre, es decir, encontrar la información que buscaba, y devolverla.
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Imagen: Ejemplo grafico del funcionamiento de un DNS Fuente https://kinsta.com/es/base-de-conocimiento/que-es-dns/
Así, cuando introducimos el nombre de una web en el navegador, el DNS traducirá está a una dirección IP y la buscará primero en la memoria caché del pequeño servidor DNS de nuestro equipo o de navegador (las direcciones que visitemos habitualmente estarán guardadas aquí para ahorrar tiempo y recuros). Si no encuentra el dominio ahí, realizará la consulta al servidor DNS de nuestro router (lo suministra nuestro proveedor de Internet) y si sigue sin encontrar el dominio, seguirá realizando una búsqueda recursiva hasta encontrarlo. Básicamente, para entender qué realiza el DNS, podemos pensar en él como el encargado de buscar en la base de datos la dirección o dominio al que queremos acceder y que va realizando consultas en cada nivel, hasta encontrar la información que buscaba, es decir, dar con la dirección IP y permitirnos el acceso a ella.
1.1.14 Red de área local (LAN) y redes de área amplia (WAN) Por: Jeferson Rosales Según purple.ai una LAN, abreviatura para Local Area Network (Red de Area Local), es una red que cubre un área geográfica pequeña, como hogares, oficinas y grupos de edificios. Las redes de área local utilizan predominantemente la tecnología Ethernet, que es un grupo de tecnologías de red que dicta cómo se transmiten los datos a través de los medios físicos, siendo el medio más común el cableado CAT #. Mientras que una WAN, abreviada de Wide Area Network (Red de Area Amplia), es una red que cubre áreas geográficas más grandes que pueden abarcar todo el mundo. Un ejemplo de una WAN ampliamente utilizada es Internet, que es una colección de decenas de miles de redes que conecta decenas de miles de millones de dispositivos. Las redes de área local pueden usar dispositivos de Capa 1 y Capa 2; los dispositivos de Capa 1 incluyen HUB y repetidores y los dispositivos de Capa 2 que se pueden usar son
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conmutadores y dispositivos de puente. Mientras que las LAN usan dispositivos de Capa 1 y Capa 2, las WAN operan usando dispositivos de Capa 3 como conmutadores multicapa y enrutadores.
Imagen: Red de área local (LAN) Fuente: https://purple.ai/es/blogs/cual-es-la-diferencia-entre-una-lan-y-una-wan/
Las LAN son generalmente más baratas que las WAN tanto de implementar como de mantener, ya que el equipo requerido para las redes de área local es menos costoso; sin embargo, puede ser más rentable al configurar una WAN si usaras una VPN. Una LAN bien implementada puede aportar múltiples beneficios a una organización, como alta tolerancia a fallas, escalabilidad, seguridad y velocidades rápidas y confiables. Las redes de área local tienen mayor ancho de banda que las redes de área amplia, además de poder transmitir datos a velocidades mucho más rápidas. Esto se debe principalmente a la distancia que deben viajar los datos, así como a las restricciones vigentes, como las restricciones de velocidad de un ISP en las líneas arrendadas.
Imagen: Redes de área amplia (WAN) Fuente: https://purple.ai/es/blogs/cual-es-la-diferencia-entre-una-lan-y-una-wan/
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1.1.15
Medios Networking
Por: Jeferson Rosales Según wordpress.com Los medios de networking son la base de las redes. Por ellos circulan los diferentes tipos de tráficos, como los datos, la voz y el video. Desde los primeros días de las redes, fue el cable de cobre el que predominó y brindó los tendidos en todas las redes de área local (LAN). En la actualidad, hay varios tipos de cable de cobre disponibles en el mercado. La correcta selección del cableado resulta fundamental para que la red funcione de manera eficiente.
1.1.15.1 MEDIOS ALAMBRICOS Son aquellos que hacen uso de diferentes tipos de cables para realizar la conexión a la red. Las características como velocidad de transmisión de datos, tipo de transmisión (analógica o digital) y alcance, son específicas de cada cable y de la tecnología usada para la conexión.
Imagen: MEDIOS ALÁMBRICOS Fuente: https://sites.google.com/site/desireycristinaies/medios-de-transmision-alambricos-e-
inalambricos
1.1.15.2 MEDIOS INALAMBRICOS Los medios inalámbricos utilizan estándares de conexión definidos por la IEEE, y cuyo significado en español es “Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos; al igual que los medios no inalámbricos. La estandarización de latecnología es importante en la medida que permite la fácil conectividad entrediferentes dispositivos.
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Imagen: MEDIOS INALÁMBRICOS Fuente:https://sites.google.com/site/desireycristinaies/medios-de-transmision-alambricos-e-
inalambricos
1.1.16 Dispositivos de networking Por: Jose Saban Según https://glendasnotepad.wordpress.com/ son los equipos que se conectan de forma directa a un segmento de red estos estan clasificados en dos grupos, el primero son los dispositivos de usuario final en los que se destacan las computadoras, escáneres, impresoras etc. Y el segundo grupo podemos encontrar los dispositicos de red, son los que conectan los dispositivos de usuario final posibilitando la comunicación entre ellos.
1.1.16.1 Dispositivos de usuario final Según https://programoweb.com/
estos dispositivos permiten a los usuarios
compartir, crear y obtener información son tambien conocidos con el nombre de hosts estos dispositivos pueden existir sin una red, pero sin la red las capacidades de estos se ven sumamente limitadas. Los dispositivos host están físicamente conectados con los medios de red mediante una tarjeta de interfaz de red (NIC) también denominado adaptador de red estos utilizan esta conexión para realizar las tareas de envío de correo electrónico, impresión de documentos, escaneado de imágenes o acceso a bases de datos. Un NIC es una placa de circuito impreso que se coloca en la ranura de expansión de un bus de la motherboard de un computador, o puede ser un dispositivo periférico. Cada NIC individual tiene uncódigo único, denominado dirección de control de acceso al medio (MAC). Esta dirección se utiliza para controlar la comunicación de datos para el host de la red. Como su nombre lo indica, la NIC controla el acceso del host al medio.
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Imagen: Ejemplo De tarjeta de red-NIC y tarjeta NIC para computadoras portatiles Fuente: http://www.ingenieriasystems.com/2013/09/Dispositivos-LAN.html
1.1.16.2 Dispositivios de red Segun https://glendasnotepad.wordpress.com/ los dispositivos de red son los que brindan tendido a las conexiones de cable, la concentración de las conexiones, la conversión de los formatos de datos y la administración de transferencia de datos, repetidores, hubs, puentes, switches y routers.
Imagen: Dispositivos de red Fuente: https://glendasnotepad.wordpress.com/2008/07/20/dispositivos-de-networking/
1.1.16.2.1 Repetidores: Es un dispositivo de red que se utiliza para regenerar la señal analógica y digitales que se distorsionan por las pérdidas en la transmisión producidas por la atenuación, este dispositivo trabaja a nivel de capa física del modelo OSI tiene dos puertos y permite extender la red.
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Imagen: Repetidor Fuente: https://sites.google.com/site/tareasdigitales2/dispositivos-networking
1.1.16.2.2 Hubs : Estos permiten que la red trate un grupo de hosts como si este fuera una sola unidad. Esto sucede de manera pasiva, sin interferir en la transmisión de datos. Los hubs activos no sólo concentran hosts, tambien regeneran señales.
Imagen: Hubs Fuente: https://www.profesionalreview.com/2019/02/12/hub-o-concentrador/
1.1.16.2.3 Puentes : Estos dispositivos convierten los formatos de transmisión de datos de la red además de realizar la administración básica de la transmisión de datos, estos proporcionan las conexiones entre LAN, además verifican los datos para determinar si les corresponde o no cruzar el puente, esto aumenta la eficiencia de cada parte de la red. Los puertos trabajan a nivel de la capa de enlace de datos del modelo OSI, segmentan la red por puertos y son dispositivos pasivos.
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Imagen: Puentes Fuente: https://www.pinterest.com/miriamsalvador/dispositivos-de-red/
1.1.16.2.4 Switch: Estos agregan inteligencia a la administración de transferencia de datos, son capaces de determinar si los datos deben permanecer o no en una LAN y pueden transferir los datos a la conexión que necesita esos datos. Los switch no convierten formatos de transmisión de datos, trabajan en la capa de enlace de datos tienen mas interfaces.
Imagen: Switch Fuente: https://www.xataka.com/basics/cuales-son-las-diferencias-entre-hub-switch-y-router
1.1.16.2.5 Routers: Pueden regenerar señales, concentrar múltiples conexiones, convertir formatos de transmisión de datos, y manejar transferencias de datos, estos pueden conectarse a una WAN, lo que les permite conectar LAN que se encuentran separadas por grandes distancias. Trabajan en la capa de red del modelo OSI segmentan la red por puerto a nivel de capa 2 y 3.
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Imagen: Router Fuente: https://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/jlorsal/2013/10/08/dispositivos-
de-gestion-de-la-red/
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Capítulo II 2.1 Componentes Por: Jose Saban Según https://es.wikipedia.org/ un componente electrónico es un dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Los componentes se suelen encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales. Estos se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar un circuito. Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los componentes, estos aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.
Imagen: Componentes electronicos Fuente: https://es.123rf.com/photo_91009582_gran-conjunto-de-vectores-de-componentes-
electr%C3%B3nicos-izom%C3%A9tricos-condensadores-r.html
Clasificación: A. Según su estructura física: • Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.
• Integrados: forman conjuntos más complejos, por ejemplo, un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos
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componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados. B. Según el material base de fabricación: •
Semiconductores.
•
No semiconductores.
C. Según su funcionamiento: •
Activos: proporcionan excitación eléctrica, ganancia o control.
•
Pasivos: son los encargados de la conexión entre los diferentes componentes activos, asegurando la transmisión de las señales eléctricas o modificando su nivel
D. Según el tipo de energía:
• Electromagnéticos: electromagnéticas
aquellos de
que los
aprovechan materiales
las
propiedades
(fundamentalmente
transformadores e inductores).
• Electroacústicos: transforman la energía acústica en eléctrica y viceversa (micrófonos, altavoces, bocinas, auriculares, etc.).
• Optoelectrónicos: transforman la energía lumínica en eléctrica y viceversa (LED, células fotoeléctricas, etc.).
Imagen: Componentes electronicos Fuente: https://www.onubaelectronica.es/componentes/
2.1.1
Compuertas logicas
Por: Jose Saban Según https://www.logicbus.com.mx/ son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas binarias. También niegan, afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Además se pueden conectar entre sí para obtener nuevas funciones. Estas compuertas son: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR.
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2.1.1.2 AND Según https://hetpro-store.com/ para la compuerta AND, La salida estará en estado alto de tal manera que solo si las dos entradas se encuentran en estado alto. Por esta razón podemos considerar que es una multiplicación binaria. •
OPERACIÓN: Q = A.B
Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta AND Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
2.1.1.3 OR Para la compuerta OR, la salida estará en estado alto cuando cualquier entrada o ambas estén en estado alto. De tal manera que sea una suma lógica. •
OPERACIÓN: Q = A + B
Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta OR Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
2.1.1.4 NOT En la compuerta NOT, el estado de la salida es inversa a la entrada. Evidentemente, una negación. •
OPERACIÓN: Q = Q
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Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta NOT Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
2.1.1.5 NAND Para la compuerta NAND, cuando las dos entradas estén en estado alto la salida estará en estado bajo. Como resultado de la negación de una AND. •
OPERACIÓN: Q = (A.B)
Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta NAND Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
2.1.1.6 NOR En la compuerta NOR, cuando las dos entradas estén estado bajo la salida estará en estado alto. Esencialmente una OR negada. •
OPERACIÓN: Q = (A+B)
Página 215 de 288 Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta NOR Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
2.1.1.7 XOR La compuerta XOR Su salida estará en estado bajo cuando las dos entradas se encuentren en estado bajo o alto. Al mismo tiempo podemos observar que entradas iguales es cero y diferentes es uno. •
OPERACIÓN: Q = A.B+ A.B
Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta XOR Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
2.1.1.8 XNOR Su salida de hecho estará en estado bajo cuando una de las dos entradas se encuentre en estado alto. Igualmente, la salida de una XOR negada. •
OPERACIÓN: Q = A.B+ A.B
Imagen: Tabla de verdad y símbolo compuerta XNOR Fuente: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/compuertas-logicas/
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2.1.2 Familias TTL y CMOS Por: Mario Sequén Según: ecured.cu Tecnología TTL. Las siglas en inglés significan transistor-transistor logic (lógica transistor a transistor). Tecnología de construcción de circuitos integrados electrónicos digitales basadas en el uso de transistores bipolares, es característico el uso de transistores multiemisores. TTL sucedió a las tecnologías RTL (lógica resistencia-transistor) y DTL (lógica diodo-transistor).
2.1.2.1 Características generales # Tensión de alimentación: 5 V típica, con rango entre los 4,75V y los 5,25V para la 74 y 4,5 V a 5,5 V para la 54. # Lógica positiva: el “1” lógico es de mayor tensión que el “0” lógico. # Rango de temperatura: de 0 °C a 70 °C para la serie 74 y de -55º a 125 °C para la 54. # Niveles de tensión de entrada para el “0” lógico (VIL): entre 0V y 0,8V. # Niveles de tensión de entrada para el “1” lógico (VIH): entre 2,4V y VCC # Velocidad de transmisión entre los estados lógicos: alrededor de 400 MHz.
Imagen: Tecnología TTL Fuente: https://www.steren.com.gt/media/catalog/product/cache/b69086f136192bea7a4d681a8eaf53 3d/image/186903ed5/circuito-integrado-ttl-decodificador-excitador-de-decimal-codificado-enbinario-bcd-a-7-segmentos.jpg
Compuertas CMOS o MOS Complementarias. El término complementario se refiere a la utilización de dos tipos de transistores en el circuito de salida, en una configuración similar a la tótem-pole de la familia TTL. Se usan conjuntamente MOSFET (MOS FieldEffect transistor, transistor de efecto campo MOS) de canal n (NMOS) y de canal p
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(PMOS) en el mismo circuito, para obtener varias ventajas sobre las familias P-MOS y NMOS. La tecnología CMOS es ahora la dominante debido a que es más rápida y consume aún menos potencia que las otras familias MOS. Estas ventajas son opacadas un poco por la elevada complejidad del proceso de fabricación del CI y una menor densidad de integración. De este modo, los CMOS todavía no pueden competir con MOS en aplicaciones que requieren lo último en LSI.
Imagen: Ejemplo de compuerta cmos Fuente: https://4.bp.blogspot.com/Z1nUcptERFI/Ui4CGdKOlxI/AAAAAAAADtU/oj6gAksGdm4/s1600/Compuerta+NOR+CMOS+circuit o.png
2.2 Circuitos Con Lógica combinacional y secuencial Por: Mario Sequén Según: itq.edu.mx Hasta ahora, los circuitos lógicos que se han considerado han sido combinatorios. En estos las salidas en cualquier punto del tiempo dependen completamente de las entradas que se presenten en ese momento. Aunque los circuitos combinatorios son la base para un gran número de aplicaciones, en la práctica la mayoría de los sistemas también incluyen elementos de almacenamiento, por lo que su análisis y diseño se debe realizar en términos de circuitos secuenciales. Un circuito lógico secuencial es aquel cuyas salidas no solo dependen de sus entradas actuales, sino también de su posición o estado actual, almacenada en elementos de memoria
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Imagen: Ejemplo de Lógica combinacional y secuencial Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/AutomataMooreMealy.PNG
2.2.1 Tipos de circuitos secuenciales. Un circuito secuencial asíncrono es aquel que su estado puede ser afectado en cualquier instante al cambiar el valor de las entradas. Sus elementos de almacenamiento son dispositivos con retraso de tiempo, en los cuales la capacidad de almacenamiento se debe a que la señal tarda un tiempo finito en propagarse por el dispositivo. Un circuito secuencial síncrono utiliza señales que modifican su estado solo en instantes discretos de tiempo. La sincronización se logra a través de un dispositivo de sincronización llamado generador de señales de reloj que produce una sucesión periódica de pulsos de reloj. Estos se distribuyen en todo el sistema de tal manera que los elementos de almacenamiento sólo sean afectados a la llegada de cada pulso:
Imagen: Diagrama de bloques de un Circuito Secuencial. Fuente: https://sites.google.com/site/circuitossec/home/representacion
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2.2.1 Construcción y diseño de circuitos combinacional y secuencial Por: Mario Sequén Según: tommartmtz.files.wordpress Los circuitos combinacionales son aquellos que no tienen en cuenta la variable tiempo. Están formados por combinaciones de puertas lógicas Para diseñar un circuito combinacional existe un conjunto de pasos básicos que debemos de aplicar si en un determinado momento deseamos diseñar un multiplexor, un decodificador, un sumador, etc. Metodología del diseño • Enunciar el problema • Determinar el número requerido de variables de entrada y el número requerido de variables de salida. • Asignar letras a las variables de entrada y a las de salida. • Deducir la tabla de verdad que define las relaciones entre las entradas y las salidas. • Obtener la(s) función(es) de Boole simplificada(s) (utilizando el álgebra de Boole, Mapas de Karnaugh u cualquier otro) para cada salida. • Dibujar el diagrama lógico. • Dibujar el diagrama eléctrico (opcional). Procedimiento de circuitos combinacionales. • Para n variable de entrada, hay 2 n combinacionales posibles de valores de los valores binarios de entrada. • Para cada combinación posible de entrada, hay una y sólo una combinación de salida posible. • Un circuito combinacional puede describirse por m funciones de Boole. • Cada función de salida se expresa en términos de n variables de entrada
Página 220 de 288 Imagen: Ejemplo de diseño de circuitos combinacionales y secuenciales Fuente: https://www.monografias.com/trabajos55/circuitos-logicos-combinacionales/Image12820.gif
2.2.1 Flip-Flops Por: Ramiro Soto Biestable (Flip-flop) Según Wikipedia.org En electrónica, un biestable, en inglés llamados flip-flop y latch, es un circuito multivibrador, que tiene dos estados estables y puede almacenar información. Se puede hacer que cambie de estado mediante señales aplicadas a una o más entradas de control y tiene una o dos salidas. Flip-flops y pestillos se utilizan como elementos de almacenamiento de datos. Un flip-flop es un dispositivo que almacena un solo bit (dígito binario) de datos; uno de sus dos estados representa un "uno" y el otro representa un "cero". Dicho almacenamiento de datos se puede utilizar para el almacenamiento de estado, y dicho circuito se describe como lógica secuencial en electrónica. Cuando se usa en una máquina de estados finitos, la salida y el siguiente estado dependen no solo de su entrada actual, sino también de su estado actual (y, por lo tanto, de las entradas anteriores). También se puede usar para contar pulsos y para sincronizar señales de entrada de temporización variable con alguna señal de temporización de referencia.
Image: Flip-Flops Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/flip-flop.jpg
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2.2.1.1 Flipflops tipo D, T, RS Por: Ramiro Soto
2.2.2.1.1 Flip-Flop R-S (Set-Reset) Utiliza dos compuertas NOR. S y R son las entradas, mientras que Q y Q’ son las salidas (Q es
generalmente
la
salida
que
se
busca
manipular.)
La conexión cruzada de la salida de cada compuerta a la entrada de la otra construye el lazo de reglamentación imprescindible en todo dispositivo de memoria.
2.2.2.1.2 Flip-Flop
T
El Flip-flop T cambia de estado en cada pulso de T. El pulso es un ciclo completo de cero a 1. Con el flip flop T podemos complementar una entrada de reloj al flip flop rs.
2.2.2.1.3 Flip-Flop D (Delay) El flip-flop D es uno de los FF más sencillos. Su función es dejar pasar lo que entra por D, a la salida Q, después de un pulso del reloj.
Image: Flip-flops
Página 222 de 288 Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/flp-flop-d.png
2.2.2.2 Simulador de circuitos combinacionales en proteus o multisim Por Ramiro Soto Según Wikipedia.com Un circuito combinacional es un circuito electrónico, en el que el valor de sus salidas en un determinado instante, dependen del valor de las entradas en ese mismo instante. Es decir, es un circuito que carece de memoria. Se denomina sistema combinacional o lógica combinacional a todo sistema lógico en el que sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso estados anteriores de las entradas o de las salidas.
1.2.2.2.1 Funciones combinacionales Todos los circuitos combinacionales pueden representarse empleando álgebra de Boole a partir de su función lógica, generando de forma matemática el funcionamiento del sistema combinacional. De este modo, cada señal de entrada es una variable de la ecuación lógica de salida. Por ejemplo, un sistema combinacional compuesto exclusivamente por una puerta AND tendría dos entradas A y B. Su función combinacional sería , para una puerta OR sería . Estas operaciones se pueden combinar formando funciones más complejas. Esto permite emplear diferentes métodos de simplificación para reducir el número de elementos combinacionales que forman el sistema
Image: Funciones Combinacionales Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_combinacional#/media/Archivo:Circuito_combinacional.s vg
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1.2.2.2.2 EJemplos
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Capítulo II 3.1 Microcontrolador Por: Dilan Tejax De: hetpro.com El microcontrolador es un dispositivo similar al microprocesador. En 1976 Intel introdujo el 8748, el primer dispositivo en la familia de microcontroladores MCS-48TM. El 8748 incluía una CPU, una EPROM de 1K bytes, 64 bytes de RAM, 27 terminales de entrada/salida, y un temporizador de 8 bits, todo esto contenido en un solo circuito integrado con 17,000 transistores. Este circuito integrado y los subsiguientes dispositivos MCS-48TM pronto se convirtieron en un estándar industrial en aplicaciones orientadas al control. Una de las aplicaciones populares al principio (y lo sigue siendo) fue el reemplazo de componentes electromecánicos en productos tales como lavadoras y controladores de señales de tránsito (semáforos). Otros productos donde podemos encontrar microcontroladores incluyen automóviles, equipos industriales, productos de consumo para el entretenimiento y dispositivos periféricos para computadoras. (Los propietarios de una computadora personal IBM encontrarán un ejemplo de un diseño basado en microcontrolador, con un mínimo de componentes adicionales, con tan sólo examinar el interior del teclado).
3.1.2 Elementos de un Microcontrolador Un microcontrolador al menos tendrá: Microprocesador. Periféricos (unidades de entrada/salida). Memoria.
3.1.3 Periféricos. Los periféricos son los circuitos digitales que nos permiten una interacción con el mundo «exterior» al microcontrolador. Su función es la de poder habilitar o deshabilitar las salidas digitales, leer sensores analógicos, comunicación con terminales digitales o sacar señales analógicas de una conversión digital. Puertos de entrada/salida paralelos. Los puertos están relacionados al tamaño del procesador, es decir que un puerto de 8 bits es porque el procesador es de 8 bits. Un procesador de 64 bits, tiene la capacidad de tener un puerto de 64 bits.
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Puertos seriales. Nos permiten transformar la información digital paralela (bytes de información) en tramas que se pueden transferir por una o varias líneas de comunicación. Existen, por ejemplo: puerto serial, i2c, SPI, USB, CAN, etc.
Periféricos analógicos. Como los que convierten señales analógicas a digitales (ADC) o señales digitales a analógicas (DAC) o comparadores analógicos.
3.1.4 Tipos de Memoria. La memoria está dividida en tres. La memoria para el programa (FLASH), la memoria para los datos o variables del programa (RAM) y la memoria para configuraciones o no volátil (EEPROM).
3.1.5 Microcontrolador incluye un Microprocesador Para el Microcontrolador, un Microprocesador es el conjunto de tres sistemas digitales: ALU, unidad de control y registros. Los microprocesadores fueron los padres de los microcontroladores. Uno de los primeros procesadores comerciales que se enseñaban en las universidades era el el Z80.
Imagen: microcontrolador Fuente:https://laelectronica.com.gt/image/cache/catalog/Productos/Circuitos%20Integrados/ Michochip-40-Pines--1200x1200.jpg
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3.2 Caracteristicas de un PIC Por: Dilan Tejax De: Wikipedia.org •
Los PIC actuales vienen con una amplia gama de mejoras hardware incorporadas:
•
Núcleos de CPU de 8/16 bits con Arquitectura Harvard modificada
•
Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256 kilobytes
•
Puertos de entrada/salida (típicamente 0 a 5.5 voltios)
•
Temporizadores de 8/16/32 bits
•
Tecnología Nanowatt para modos de control de energía
•
Periféricos serie síncronos y asíncronos: USART, AUSART, EUSART
•
Conversores analógicos/digital de 8-10-12 bits
•
Comparadores de tensión
•
Módulos de captura y comparación PWM
•
Controladores LCD
•
Periférico MSSP para comunicaciones I²C, SPI, y I²S
•
Memoria EEPROM interna con duración de hasta un millón de ciclos de lectura/escritura
•
Periféricos de control de motores
•
Soporte de interfaz USB
•
Soporte de controlador Ethernet
•
Soporte de controlador CAN
•
Soporte de controlador LIN
3.2.1 Características y Aplicaciones Con las Gamas de PIC se dispone de gran diversidad de modelos y encapsulados, pudiendo seleccionar el que mejor se acople a las necesidades de acuerdo con el tipo y capacidad de las memorias, el número de líneas de entrada y salida (E/S) y las funciones auxiliares precisas. Sin embargo, todas las versiones están construidas alrededor de una arquitectura común. •
Gama Baja: Repertorio de 33 instrucciones de 12 bits y dos niveles de pila.
•
Gama Media: Repertorio de 35 instrucciones de 14 bits, 8 niveles de pila y un vector de interrupción.
•
Gama Alta: Repertorio de 58 instrucciones de 16 bits, 16 niveles de pila y cuatro vectores de interrupción.
•
Gama Mejorada: Repertorio de 77 instrucciones de 16 bits, 32 niveles de pila y cuatro vectores de interrupción.
3.2.1.1 ¿Por qué los PIC?
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Considerando el momento actual, comparando los parámetros fundamentales con los modelos comerciales de otros fabricantes y las aplicaciones más habituales a las que se destinan los microcontroladores, la elección de una versión adecuada de PIC es la mejor solución, atendiendo a sus principales ventajas: •
Bajo costo
•
Bajo consumo de potencia
•
Alta inmunidad al ruido
•
Distintos modelos adecuados para cada necesidad
•
Herramientas de desarrollo gratuitas
•
Fácil de empezar a usar
•
Abundante información técnica gratuita oficial y de terceros (ambas por Internet)
•
Protección del código de programa por encriptación
•
Modo SLEEP (estado de reposo o de muy bajo consumo)
•
Predisposición para osciladores RC (Resistor/Capacitor), XT (XTal), HS (High Speed) y LP (Low Power)
•
Solo 35 instrucciones RISC (Reduced Instruction Set Computer)
•
nterrupciones programables
•
Circuito de vigilancia tipo perro guardián (watch dog timer o WDT)
•
Modelos con conversores A/D
•
Modelos con salida PWM (modulación de anchura de pulsos)
•
Modelos con varios temporizadores internos
3.2.1.2 Características Generales Los microcontroladores seleccionados para el trabajo, están basados en características propias de los PIC pertenecientes a las gamas baja, media y mejorada. La gama baja de los PIC, encuadra nueve modelos fundamentales en la actualidad. La memoria de programa puede contener 512 byte, 1 k. y 2 k palabras de 12 bits, y ser de tipo ROM, EPROM. También hay modelos con memoria OTP, (One Time Programmable) que sólo puede ser grabada una vez por el usuario. La memoria de datos puede tener una capacidad comprendida entre 25 y 73 bytes.
Página 228 de 288 Imagen: microcontrolador PIC Fuente:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/PIC1655A_GI.jpg/220pxPIC1655A_GI.jpg
3.2.1
Microcode
Por: Dilan Tejax Según archlinux.com Los fabricantes de procesadores lanzan actualizaciones de estabilidad y seguridad para el micro código del procesador. Estas actualizaciones proporcionan correcciones de errores que pueden ser críticas para la estabilidad de su sistema. Sin ellas, puede experimentar falsos errores o paradas inesperadas del sistema que pueden ser difíciles de rastrear. Todos los usuarios con CPU AMD o Intel deben instalar las actualizaciones de micro código para garantizar la estabilidad del sistema. Las actualizaciones de micro código generalmente se envían con el firmware de la placa base y se aplican durante la inicialización del firmware. Dado que los OEM podrían no lanzar actualizaciones de firmware de manera oportuna y los sistemas antiguos no reciben nuevas actualizaciones de firmware, se añadió al kernel de Linux la capacidad de aplicar actualizaciones de micro código de CPU durante el arranque. El cargador de micro código de Linux soporta tres métodos de carga: Carga temprana actualiza el micro código muy pronto durante el arranque, antes de la etapa initramfs, por lo que es el método preferido. Esto es obligatorio para las CPU con errores graves de hardware, como las familias de procesadores Intel Haswell y Broadwell. Carga tardía actualiza el microcódigo después del arranque, lo que podría ser demasiado tarde ya que la CPU podría haber intentado utilizar un conjunto de instrucciones con errores. Incluso si ya está utilizando la carga temprana, la carga tardía puede usarse para aplicar una actualización de micro código más nueva sin necesidad de reiniciar. Micro código incorporado se puede compilar en el kernel que luego se aplica mediante el cargador inicial.
3.2.1.1 Breve reseña histórica El diseño de microprocesadores de propósito general conoce dos técnicas que conducen a una clasificación de éstos en dos grupos: Los microprocesadores "cableados": aquellos que tienen una unidad de control específicamente diseñada sobre el silicio para un juego de instrucciones concreto.
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Los microprocesadores "microprogramados": aquellos que tienen una unidad de control genérica o prediseñada y que implementan un juego de instrucciones u otro dependiendo de una microprograma. En los primeros años de la "era del silicio", el diseño de microprocesadores cableados resultaba enormemente costoso debido a que son muy complejos y no existían herramientas adecuadas para diseñar y verificar la corrección de los diseños. Por este motivo, era habitual que los microprocesadores fueran gobernados por una microprograma, mucho más sencillo de diseñar. Una vez creada una unidad de control microprogramada, era posible replicarla en todos los modelos de microprocesador. La única diferencia entre unos y otros radicaba en la microprograma utilizado.
3.2.1.2 En qué consiste Una microprograma es una secuencia de datos binarios o microinstrucciones que representan señales eléctricas internas de la unidad de control de un microprocesador. Unas pocas de estos microinstrucciones implementan una instrucción completa del microprocesador. Por ejemplo, la instrucción "sumar dos registros" típica de cualquier microprocesador, se implementa mediante la activación y desactivación de un conjunto reducido de señales eléctricas en el banco de registros y la unidad aritmético-lógica. En concreto, la microprograma de esta instrucción significaría: Activar las señales de selección de registro como primer operando de la ALU. Activar las señales de selección de registro como segundo operando de la ALU. Activar las señales de selección de operador para que corresponda a la suma en la ALU.
3.2.1.3 Qué es el micro código de tu procesador El micro código de un procesador es una capa de organización, que se inserta entre las instrucciones internas del procesador y la capa de instrucciones que desarrollan los programadores. Es, por tanto, una capa de instrucciones realizadas en código máquina de muy alto nivel. Que sirven para controlar el funcionamiento interno de un procesador. Por tanto, en el momento en el que ponemos en marcha nuestro PC, y comienza a inicializarse el procesador, lo primero que se carga son las instrucciones de este código. Gracias a ellas, la placa base sabe qué tipo de procesador hemos montado. Así como las características técnicas del mismo.
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Imagen: microcontrolador PIC Fuente: https://hardzone.es/reportajes/que-es/micro-codigo-procesador/
3.2.2 Implementación de la sintaxis del programa en Microcode Por: Adolfo Toc Según batiz9.blogspot.com MicroCode Studio es una poderosa, visual entorno de desarrollo integrado (IDE) con un Circuito de Depuración (ICD) capacidad diseñado específicamente para MicroEngineering Labs PICBASIC ™ y PICBASIC compilador PRO
El editor principal proporciona resaltado de sintaxis completa de su código con ayuda sensible al contexto de palabras clave y sugerencias de sintaxis. El explorador de código le permite saltar automáticamente para incluir archivos, define, constantes, variables, alias y modificadores, los símbolos y etiquetas, que están contenidos dentro de su código fuente. Corte total, copiar, pegar y deshacer se proporciona, junto con la búsqueda y substituye características. El compilador PicBasic Pro (PBP) es nuestro lenguaje de programación de nueva generación que hace mas fácil y rápido para usted programar micro controladores Pic micro de Microchip Technology . El lenguaje Basic es mucho más fácil de leer y escribir que el lenguaje ensamblador Microchip.
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El PBP es similar al “BASIC STAMP II” y tiene muchas de las librerías y funciones de los BASIC STAMP I y II. Como es un compilador real los programas se ejecutan mucho más rápido y pueden ser mayores que sus equivalentes STAMP. PBP no es tan compatible con los BASIC STAMP como nuestro compilador PicBasic es con el BS I. Decidimos mejorar el lenguaje en general. Una de estas decisiones fue agregar IF ...THEN...ELSE...ENDIF en lugar de IF.. THEN (GOTO) de los Stamps. Estas diferencias se ven luego en este manual. PBP por defecto crea archivos que corren en un PIC 16F84-04/P con un reloj de 4 Mhz. Solamente muy pocas partes son necesarias capacitores de dos capacitores de 22 pf para el cristal de 4Mhz un resistor de 4.7K en el pin/MCLR y una fuente de 5 volt. Otros micros PIC además del 16F84, así como otros osciladores de frecuencias distintas pueden ser usados por este compilador. Definir PIC a usar, nos da la opción de elegir el PIC en la siguiente barra desplegable:
Image: pic Fuente:http://4.bp.blogspot.com/2XuN3zA6Vbg/U5kEo0joTxI/AAAAAAAABbs/A3S3KFQFllE/s1600/PIC.jpg
Aquí se debe escoger cual utilizaremos En este ejemplo se usará el PIC16F628A
3.2.2.1 LIBRERIAS EXTERNAS Y FUSIBLES:
Image: codigo Funete:http://4.bp.blogspot.com/d2lWldymrNE/U5kFFEAkJrI/AAAAAAAABb0/sxrV4_4SRvU/s1600/FUSIBLES.jpg
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Para colocar cualquier librería externa es necesario poner INCLUDE “nombre.bas ” La librería que siempre deben poner es bs2defs.bas Estas deben colocarse al inicio del código del programa Otros son: "modedefs.bas" Existen otras pero depende de las aplicaciones que desarrolles saber cual usar, pero la librería bs2defs.bas es la más requerida por el momento.
3.2.2.2 FUSIBLES
Image: Herramientas Fuente: http://3.bp.blogspot.com/-9Q9eMDnJoT8/U5kJTv1QWHI/AAAAAAAABcI/NEhw6geiCM/s1600/PROGRAMADOR.jpg
(En lo personal programar fusibles yo me salto esta parte porque con el programador le puede decir que fusibles utilizar, aunque cada quien tiene su manera de trabajar.)
@ DEVICE pic16F628A, MCLR_OFF @ DEVICE pic1XFXXX, FUSIBLE Lo único que cambia en cada PIC es lo parte del oscilador: XT cristal de cuarzo INTRC I/0 Interno ·
INTRC_OSC_NOCLKOUT (Tambien se puede escribir como OSC_XT)
·
WDT_OFF (NO reiniciar si una se excedio el tiempo en una rutina)
·
PWRT_ON
·
BOD_ON
·
MCLR_OFF
·
LVP_OFF (Bajo nivel de Programacion)
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·
CPD_OFF
·
PROTECT_ON (Evitar que otras personas pueden leer nuestro codigo)
3.2.2.3 VARIABLES Son temporalmente alojadas en la memoria RAM del PIC Pic Basic Pro (PBP) maneja tres tipos de variables Tipo de Variable
Tamaño
Bit
1
Byte
8
Word
16
Sintaxis: Etiqueta VAR tipo (.modificador) Ejemplo: JUAN
VAR
BIT
OSCAR
VAR
BYTE
SAN
VAR
WORD
3.2.2.4 RENOMBRAR Se puede incluso nombrar una variable con otro nombre incluso algún registro o parte del registro Ejemplo: FERNANDO VAR
JUAN
(Algo innecesario pero solo volvemos a renombrar una (Usa solo el primer bit de la variable byte OSCAR)
variable) HOLA
VAR
OSCAR.0
AGUSTIN
VAR
SAN.BYTE0 (Usa solo el primer byte de la variable byte SAN)
JAVIER
VAR
SAN.BYTE1 (Usa solo el SEGUNDO byte de la variable byte SAN)
LED
VAR
PORTB.0 (Esta si es muy usada, Son para nombrar los puertos a
palabras que nos faciliten como recordarlos)
3.2.2.5 CONSTANTES Es muy similar a como nombramos a las variables Sintaxis: Etiqueta CON valor Ejemplos: ·
RATON
CON
3
·
RATAS
CON
RATON * 100
·
CONTROL
CON
%11001100
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·
LEDS
CON
$CC
Tipos de constantes: Prefijo
Valor
Tipo
100
DECIMAL
%
01100100
BINARIO
$
64
HEXADECIMAL
Caracteres por su valor en Decimal: Caracter
Tipo
Valor
“A”
ASCII
65
“d”
ASCII
100
3.2.2.6 ARRAYS Este tipo de arreglos de declaran de manera similar a las variables. Sintaxis: Etiqueta VAR tipo (# DE ELEMENTOS) Tipo de Variable
# Max de Elementos
Bit
256
Byte
96
Word
48
EJEMPLO P1 CON 000010 P2 CON 001000 P3 CON 010000 P4 CON 000001 P5 CON 000001 P6 CON 010000 P7 CON 001000 P8 CON 000010 SECUENCIA VAR BYTE [8] X
VAR BYTE
SECUENCIA[1] = P1 SECUENCIA[2] = P2 SECUENCIA[3] = P3 SECUENCIA[4] = P4 SECUENCIA[5] = P5
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SECUENCIA[6] = P6 SECUENCIA[7] = P7 SECUENCIA[8] = P8
3.2.2.7 PUERTOS Y REGISTROS Los puertos y registros pueden modificarse e incluso asignarles su valor a una variable: Ejemplos: %10101010
=
PORTB
Se le asigna el valor en binario en sus ocho pines VARIABLE
=
PORTB & $0F
El valor de los primeros 4 bits del PORTB se almacenan en VARIABLE
3.2.2.8 PINES Al igual que los puertos, a los pines se les puede asignar un valor y darle su valor a una variable Ejemplo: ·
PORTB.1 = 1
·
LED
VAR
PORTB.1 LED
·
LED
VAR
=
1
PORTB.1 HIGH
LED
Los ejemplos anteriores todos son usados para prender un LED La forma de asignarle a un pin la funcion de salida ò entrada; se realiza asignándole el valor directamente de los registros TRIS{puerto}, recordando que: ¢ 1 – Función de entrada ¢ 0 – Función de salida Ejemplo: TRISA = %11110000 or
TRISA = $F0
TRISB = %01010101 or
TRISB = $55
TRISA = 000000 or TRISB = %11111111 or
TRISA = $00 TRISB = $FF
3.2.3 Simulación en Proteus Por: Adolfo Toc Según hubor-proteus.com La característica más importante y que mejor define Proteus es su capacidad de simular el comportamiento de los circuitos electrónicos. Proteus
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incorpora una amplia librería de dispositivos analógicos y digitales con su correspondiente modelo SPICE que simula su comportamiento. Además podemos crear nuestros propios dispositivos si disponemos del fichero SPICE correspondiente. De esta manera podemos comprobar el funcionamiento de nuestros diseños.
Image: Placa digita, simulacion Fuente: https://www.hubor-proteus.com/images/prospice/simulacion.jpg
El módulo de simulación avanzada nos posibilita la simulación de transitorios, frecuencias, transformadas de Fourier, curvas de transferencia, etc. Con el podemos visualizar los datos en gráficos analógicos, digitales y de buses de datos.
Image: Cimulacion Fuente: https://www.hubor-proteus.com/images/prospice/SimulacionAvanzada.jpg
Y los diferentes módulos VSM específicos de cada familia de microprocesdaores nos permiten observar cómo interactúa el software que se ejecuta en un microcontrolador con cualquier tipo de componente electrónico, tanto digital como analógico, situado en su perifería reduce considerablemente el número de horas utilizadas en los desarrollos de los equipos. Más de 800 versiones de microprocesadores diferentes se pueden simular en Proteus. Los módelos de microprocesadores simulan completamente los puertos de entrada/salida, las interrupciones, los relojes y contadores, las USART's y todos los periféricos presentes en cada microprocesador soportado.
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Image: Código y cimulacion Fuante: https://www.hubor-proteus.com/images/prospice/simulation.gif
Proteus también incluye numerosos instrumentos virtuales. Voltímetros, amperímetros, osciloscopios, analizadores lógicos, generadores de señales, generadores de patrones digitales, etc. Todos ellos funcionan de forma similar a como lo hacen sus correspondientes compañeros en el mundo real.
Image: Simulación Fuente_https://www.hubor-proteus.com/images/prospice/Imagen003.gif
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3.2.3 Uso de módulos externos con Microcontrolador Por: Adolfo Toc Según academia.edu El objetivo de esta sección es comentar que cambios y que novedades se van incorporando en losMicrocontroladores a medida que avanza la tecnología.En este Apunte se detallarán los módulos principales que puede contener hoy en día un MCU, pero conjuntamente con estos Módulos de altísimas prestaciones se han incorporado otros deaplicaciones específicas que permiten a dichos dispositivos interactuar directamente con cualquier otro dispositivo [2] y [12].Entre las interfaces más comunes disponibles en los nuevos MCUs se encuentran la Ethernet,CAN, USB, I 2 C, SPI (serial sincrónico), SCI (serial asincrónico) [2], interfaces inalámbricas, etc.Por otro lado, el avance de la tecnología ha logrado que estos dispositivos alcancen frecuenciasde funcionamiento arriba de los 100 MHz e incorporen módulos para Procesamiento Digital deSeñales, facilitando la realización de operaciones y la implementación de transformadas como laFFT y de filtros FIR.Se ha llegado a un punto en donde algunos Microcontroladores permiten implementar unSistema Operativo Embebido dentro de ellos, facilitando de esta manera la configuración y el usode cualquiera de las interfaces disponibles en ellos.
3.2.3.1 Módulos Específicos de la Familia HC908QT/QY Entre los Módulos específicos de la Familia HC908QT/QY [1], que se muestran en la figura 1,se tienen por un lado los que aseguran el correcto funcionamiento del MCU:-
3.2.3.2 Módulo Oscilador: Provee al MCU de una fuente de Clock. Esta fuente se puedeimplementar mediante un oscilador interno, un cristal externo y mediante un circuito RC.-
3.2.3.3 Módulo SIM: Generación y control de clock, control de Master reset, control deinterrupciones, manejo de la temporización en el MCU.-
3.2.3.4 Módulo COP: Ayuda a recuperar la línea de ejecución de código del usuario.-
3.2.3.5 Módulo LVI: Realiza la supervisión de la fuente de alimentación
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Image: Descripción general de un microcontrolador Fuente: https://html.scribdassets.com/7jgqfq9nls1xbpy6/images/6-1d70863bc0.jpg
•
Figura 1. Diagrama en Bloques de la Línea de Microcontroladores HC908QT/QY Por otro lado se tienen los módulos que permiten al MCU interactuar con otros dispositivos ycuyo funcionamiento se describirá en este Apunte. Los módulos que se detallan en lossubsiguientes capítulos son:-
•
Módulo IRQ: Es un módulo que permite al MCU recibir interrupciones externas medianteun puerto de entrada.-
•
Módulo AWU: Este Módulo no provee una interfaz externa al MCU, pero interviene entodas aquellas operaciones en donde el MCU se queda inactivo esperando la llegada dealgún evento externo.-
•
Módulo TIM: Provee Diferentes Modos de Temporización mediante Contadores, divisoresde la frecuencia de Bus, Capturadores de entrada, Comparadores de Salida y hastamodulación por ancho de pulso PWM.-
•
Módulo KBI: Permite generar interrupciones por teclado externamente.-
•
Módulo ADC: Permite Digitalizar señales analógicas con una resolución de hasta 255niveles.
•
Módulo de Interrupción Externa (IRQ)
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El Pin IRQ (interrupción externa) [3], que comparte con PTA2 (entrada de propósito general) einterrupción por teclado (KBI) en el HC908Qy4, provee una interrupción enmascarable. La Figura2 muestra el diagrama en bloques completo del MCU, en donde se resalta el Módulo IRQ y el pinde entrada correspondiente.
3.2.3.6 Características •
Entre las características del IRQ se incluyen:
•
Pin de interrupción externa, IRQ
•
Bits de control de interrupción IRQ
•
Detección de Interrupción programable por flanco solamente o por flanco y nivel.
•
Detección de interrupción automática
•
Pullup interno seleccionable.
3.2.3.7 Descripción Funcional La funcionalidad del pin IRQ se activa por ajuste del registro de configuración 2 (CONFIG2), específicamente el bit IRQEN. Un cero desactiva la función IRQ y el pin PTA2 tomará las demásfuncionalidades. Un uno habilita la función IRQ. Un nivel bajo aplicado al pin de requerimiento de interrupción externa (IRQ) puede generar unrequerimiento de interrupción del CPU. La Figura 3 muestra la estructura del módulo IRQ. Lasseñales de Interrupción sobre el pin IRQ se mantienen en el latch IRQ (cerrojo IRQ). El latch IRQse mantiene hasta que ocurra una de las siguientes acciones: •
Vector de carga IRQ
Un vector de carga IRQ genera automáticamente una señal de acuse deinterrupción que borra el latch IRQ. Borrado por Software, el Software puede borrar el latch IRQ escribiendo un 1 al bit ACK en elregistro de control y estado de interrupción (INTSCR). •
Reset
Al resetear se borra automáticamente el latch IRQ.El pin de interrupción externa se dispara en un flanco descendente de reset fuera de un reset y esconfigurable por software para ser detectado por flanco descendente o por flanco descendente ynivel bajo. El bit MODE en INTSCR controla la sensibilidad de disparo del pin IRQ
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3.3.4 Pantalla LCD (Liquid Crystal Display) Por: Pablo Toj Según Electrónica Unicrom, el Display LCD (Liquid Crystal Display) es un visualizador pasivo, esto significa que no emiten luz como el visualizador o display alfanumérico hecho a base de un arreglo de LEDs. Es por esa razón que, algunas veces, cuando intentamos ver la hora en un reloj que utiliza esta tecnología, es necesario una fuente de luz adicional. El Display LCD tiene muy bajo consumo de energía si se lo compara con el display o visualizador alfanumérico y son compatibles con la tecnología CMOS, característica que permite que se utilice en equipos portátiles (ejemplos: los relojes de pulsera, calculadoras, etc.). Tiene una vida aproximada de 50,000 horas. Hay diferentes tipos de presentaciones y son muy fáciles de configurar. Hay desde visualizadores comunes de 7 segmentos, hasta una matriz de puntos, todos ellos muy delgados.
Imagen: Pantalla LCD(Liquid Crystal Display) Fuente:https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fkoalab.tech%2Faprende%2Fcom ponentes%2Fpantalla-de-cristal-liquido-lcd2x16%2F&psig=AOvVaw1XhVtskEEIA_4BOQYYQiTw&ust=1648655292718000&source=images&cd= vfe&ved=0CAsQjRxqFwoTCPjB99vV6_YCFQAAAAAdAAAAABADx
3.3.4.1 ¿Cómo funciona un Display LCD? El LCD modifica la luz que lo incide. Dependiendo de la polarización que se esté aplicando, el LCD reflejará o absorberá más o menos luz. Cuando un segmento recibe la tensión de polarización adecuada no reflejará la luz y aparecerá en la pantalla del dispositivo como un segmento oscuro. Seguro que más de un lector habrá visto este fenómeno en calculadoras, relojes, etc. El líquido de un display LCD está entre dos placas de vidrio paralelas con una separación de unos micrones. Estas placas de vidrio tienen unos electrodos especiales que definen, con su forma, los símbolos, caracteres, etc. que se visualizarán. La superficie del vidrio que hace contacto con el líquido es tratada de manera que induzca la alineación de los cristales en dirección paralela a las placas. Esta alineación permite el paso de la luz incidente sin ninguna alteración. Cuando se aplica la
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polarización adecuada entre los electrodos, aparece un campo eléctrico entre estos electrodos (campo que es perpendicular a las placas) y esto causa que las moléculas del líquido se agrupen en sentido paralelo a éste (el campo eléctrico) y cause que aparezca una zona oscura sobre un fondo claro (contraste positivo). De esta manera aparece la información que se desea mostrar.
3.3.4.2 Montaje 16*2 LCD con Arduino Uno (Output Digital) Según educarparaelcambio.com, para conectar el actuador LCD, tal y como podemos ver en el esquema, realizamos las siguientes conexiones: •
Entradas del LCD 2,3,4,5,10,12, empezando a contar los pines del LCD por la derecha, a las salidas digitales del Arduino 2,3,4,5,11,12. Tendremos que modificar nuestros pines de posición si están ocupando esos números.
•
Entradas 0,11,15 del LCD a GND.
•
Entrada 1 del LCD a VCC (5V) con una resistencia y entrada 14 directamente sin resistencia.
•
Montamos un potenciómetro ( o resistor variable, input analógico) con su salida de datos a la entrada 13 del LCD (que nos servirá para variar la intensidad de la luz de nuestro LCD y poder ver la pantalla mejor.
Imagen: Montaje LDC con Arduino Uno Fuente:https://educarparaelcambio.files.wordpress.com/2017/03/16x2-liquid-crystal-display-lcdmontaje-en-arduino1.jpg
Una vez tenemos el montaje realizado, vamos a empezar con la programación. Para ello, en esta ocasión utilizaremos la librería LiquidCrystal, de la cual utilizaremos las siguientes funciones para visualizar datos en la pantalla:
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•
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2): antes de la función setup(). Con esta instrucciones creamos el objeto “lcd” que incluirá todas las funciones que vamos a comentar a continuación. Los números son para indicarle a la librería cuales son las salidas digitales de Arduino en las que hemos conectado los cables desde el LCD.
•
lcd.begin(): para especificar la configuración concreta de nuestra pantalla. Le decimos que tendrá 16 caracteres en horizontal (de 0 a 15) y 2 filas en vertical (fila inferior y=1; fila superior y=0).
•
lcd.setCursor(): la usamos antes de visualizar algo, para situar el cursor en la posición deseada, su posición vendrá definida con dos coordenadas cartesianas (x,y) de los ejes ortogonales (COLUMNA, FILA). El primer valor será para colocar el cursor en la posición de 0 a 15 COLUMNAS y el segundo para decirle si es en la FILA SUPERIOR (y=0) o en la FILA INFERIOR (y=1).
•
lcd.print(): la utilizaremos para visualizar los datos deseados.
Imagen: Filas de Escritura Fuente: https://educarparaelcambio.files.wordpress.com/2017/03/explicacic3b3ncoordenadas-cartesianas-pantalla-lcd-16x2.png
Para comprobar el perfecto funcionamiento vamos a cargar de la librería de ARCHIVO
> EJEMPLOS > LiquidCrystal > HelloWorld, donde podemos modificar el mensaje de la función lcd.print() y modificar la posición de salida con la función lcd.setCursor().
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Éste es el código original del proyecto: // include the library code: #include <LiquidCrystal.h> // initialize the library with the numbers of the interface pins LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); void setup() { // set up the LCD’s number of columns and rows: lcd.begin(16, 2); // Print a message to the LCD. lcd.print(“hello, world!”); } void loop() { // set the cursor to column 0, line 1 // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0): lcd.setCursor(0, 1); // print the number of seconds since reset: lcd.print(millis() / 1000);}
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Capítulo III 4. Aplicaciones con Microcontroladores Por: Pablo Toj Según microcontroladoressesv.com, el microcontrolador es uno de los logros más sobresalientes del siglo XX. Hace un cuarto de siglo tal afirmación habría parecido absurda. Pero cada año, el microcontrolador se acerca más al centro de nuestras vidas, forjándose un sitio en el núcleo de una máquina tras otra. Su presencia ha comenzado a cambiar la forma en que percibimos el mundo e incluso a nosotros mismos. Cada vez se hace más difícil pasar por alto el microcontrolador como otro simple producto en una larga línea de innovaciones tecnológicas. El más grande atributo del microcontrolador es que puede integrar inteligencia casi a cualquier artefacto. Se le puede entrenar para adaptarse a su entorno, responder a condiciones cambiantes y volverse más eficiente y que responda a las necesidades únicas de sus usuarios. Desmonte cualquier rincón de la vida moderna, retire la capa exterior de cajas y material de construcción y luces parpadeantes, y como semillas en una maceta, aparecerán microcontroladores por millones.
Principales ámbitos donde intervienen los microcontroladores:
Imagen: Microcontrolador Fuente:https://microcontroladoressesv.wordpress.com/los-microcontroladores-de-hoy-endia/images-3/
Los siguientes son algunos campos en los que los microcontroladores tienen gran uso: •
En la industria del automóvil: Control de motor, alarmas, regulador del servofreno, dosificador, etc.
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•
En la industria de los electrodomésticos: control de calefacciones, lavadoras, cocinas eléctricas, etc.
•
En informática: como controlador de periféricos. Por ejemplo, para controlar impresoras, plotters, cámaras, scanners terminales, unidades de disco, teclados, comunicaciones (modems), etc.
•
En la industria de imagen y sonido: tratamiento de la imagen y sonido, control de los motores de arrastre del giradiscos, magnetófono, video, etc.
En la industria, en general se utilizan en:
Imagen: Micrcontrolador usado para Robótica Fuente: https://microcontroladoressesv.files.wordpress.com/2012/12/nota_maestrorobot_080811.jpg?w=179&h=134
•
Regulación: todas las familias de microcontroladores incorporan en alguna de sus versiones conversores A/D y D/A, para la regulación de la velocidad de las máquinas, de niveles, de temperatura, etc.
•
Automatismos: La enorme cantidad de líneas de entrada y salidas, y su inmunidad al ruido le hacen muy valioso para el control secuencial de procesos. Por ejemplo control de máquinas, herramientas, apertura y cierre automático de puertas según condiciones, plantas empaquetadoras, aparatos de maniobra de ascensores, etc.
•
Robótica: para control de los motores y captura de señales de los diferentes sensores, fabricación de controladores robóticos para sistemas automáticos, etc.
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Instrumentos portátiles compactos:
Imagen: Arduino Uno Fuente:https://microcontroladoressesv.wordpress.com/los-microcontroladores-de-hoy-endia/images-2-2/
•
Radio paginador numérico (beeper).
•
Planímetro electrónico.
•
Nivelímetro digital.
•
Identificador-probador de circuitos integrados.
•
Tacómetro digital.
•
Panel frontal de un osciloscopio.
•
Controlador de display LCD.
•
Analizador de espectros, etc.
Dispositivos autónomos:
Imagen: Miicrocontrolador Autónomo Fuente: https://microcontroladoressesv.wordpress.com/los-microcontroladores-de-hoy-endia/foto-tutorial-n8-161/
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•
Fotocopiadoras.
•
Máquinas de escribir.
•
Selector, Codificador decodificador de TV.
•
Localizador de peces.
•
Teléfonos de tarjeta.
•
Teléfonos celulares.
•
Cerraduras electrónicas.
•
Sistemas de seguridad.
Como conclusión y al tratar el tema podemos darnos cuenta el avance sustancial que han tenido los microcontroladores, estos son circuitos integrados que llegaron a revolucionar la industria de la computación pero más aún la tecnología en general, ya que si nos ponemos a pensar, la gran mayoría (por no decir todos) los dispositivos electrónicos tienen uno o más microcontroladores que le permiten cumplir a cabalidad las funciones que se les fueron asignadas, esto debido a la gran capacidad que tienen integrado estos pequeños pero poderosos dispositivos.
4.1 Uso Microcontroladores PIC Por: Pablo Toj Microchip fabricó los pic, microcontroladores o circuitos integrados programables con una arquitectura computacional de tipo RISC. El nombre exacto es PICmicro, pero se le da el significado de Peripheral Interface Controller o Control de Interfaz Periférico. Como todo microcontrolador estos contienen en su interior unidades de memoria RAM y ROM, pero uno de los componentes que destacan en los PIC es su ALU (Unidad Aritmética Lógica).
Imagen: Microcontrolador PIC16F628A Fuente: https://microcontroladoress.com/wp-content/uploads/2020/05/pic-dibujo.png
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En la actualidad los PIC son los más utilizados cuando se trata de incursionar en el mundo de los microcontroladores ya que tienen muchísimas aplicaciones debido a que estos poseen varios periféricos en su interior como los de comunicación serial, UART e incluso controladores de motores y varios más. Un microcontrolador PIC también posee una gran capacidad para almacenar palabras lógicas, la cual va desde las 512 hasta las 32000 palabras. Es un dispositivo programable que puede ejecutar un sinnúmero de tareas y procesos. Un Microcontrolador este compuesto básicamente por cuatro componentes principales: •
Memoria ROM, EEPROM, EPROM o FLASH: es la memoria donde se almacena el programa.
•
Memoria RAM o SRAM: es la memoria donde se almacenan los datos.
•
Líneas de Entrada / Salida (I / O): también llamada puertos, se utilizan para conectar elementos externos al microcontrolador.
•
CPU: controla y ejecuta todas las instrucciones que conforman el programa.
Ell microcontrolador PIC y para efectos de estudio usaremos el PIC16F887.
4.1.2 Descripción Del Microcontrolador PIC16F887 Veamos la arquitectura que presenta el microcontrolador PIC16F887, el cual es la evolución del popular PIC16F877A. Es decir, básicamente es el mismo PIC solo que mejorado. La distribución de los pines del PIC16F887 se puede observar en la siguiente figura.
Imagen: DATASHEET PIC16F887 Fuente: https://controlautomaticoeducacion.com/wp-content/uploads/2015/01/pic16f887.png
4.1.3 Descripción de los Pines: •
OSC1 / CLK IN (13): Entrada del cristal de cuarzo o del oscilador externo.
•
OSC2 / CLK OUT (14): Salida del cristal de cuarzo.
•
VSS (12 – 31): Conexión a tierra (GND)
•
VDD (11 – 32): Conexión a positivo (+5V)
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•
MCLR# / VPP (1): Entrada de Reset o entrada del voltaje de programación. Si no se va a utilizar se debe poner a +5V.
El PIC16F887 cuenta con 5 puertos, los cuales son los pines del Chip y se pueden usar como entradas y/o salidas además que algunos pines cuentan con características especiales que pueden ser lectura análoga, salidas PWM, etc. (Esto se verá más adelante en el curso). Los puertos están distribuidos de la siguiente manera: •
PUERTO A: Cuenta con 6 pines que van desde RA0 hasta RA5.
•
PUERTO B: Cuenta con los 8 Pines (RB0 – RB7).
•
PUERTO C: Cuenta con los 8 Pines (RC0 – RC7).
•
PUERTO D: Cuenta con los 8 Pines (RD0 – RD7).
•
PUERTO E: Cuenta con 3 pines (RE0 – RE2)
4.1.4 Configuración De Los Pines Antes de aprender como programar un microcontrolador PIC deberemos entender cómo podemos configurar los pines del dispositivo embebido. Cada pin de los puertos del microcontrolador se puede configurar como entrada o salida digital. Las entradas corresponden a sensores, suiches o pulsadores, es decir son los ojos del microcontrolador, el microcontrolador se da cuenta de lo que ocurre a través de las entradas. Las salidas corresponden a los elementos que el microcontrolador va a controlar, un bombillo, un led, un motor, un electro válvula, entre otros, es decir las salidas corresponden al elemento final de control. Cada línea de cada puerto representa un bit, por ejemplo, el puerto B:
4.1.5 Para denotar un bit en particular, se puede decir: PORTB, 6 → el bit 6 del puerto B Si un PIN va a funcionar como entrada se coloca en “1” y si va a funcionar como salida se coloca en “0”. Como programar un microcontrolador PIC para Configurar el puerto B Si se necesita configurar el puerto B de la siguiente manera: En el encabezado del programa debe escribirse la línea: # BYTE PORTB=6 El número 6 corresponde a la dirección de memoria Ram en la que está ubicado el puerto B. (Esto puede verse en el datasheet del microcontrolador). En el programa principal se digita la línea: SET_TRIS_B(0B00001111); Los últimos cuatro bits corresponden a salidas, por lo tanto se ponen en cero y los otros cuatro corresponden a entradas por consiguiente se ponen en uno.
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4.2 Puente H Por: Lourdes Valle Según: sensoricx.com El puente H es un mecanismo electrónico que se encarga de invertir el giro de un motor usando un elemento básico en electrónica como lo es el transistor. Este versátil dispositivo tiene la habilidad de comportarse como un interruptor electrónico y como un amplificador.
Por lo que permite al motor DC girar en ambos sentidos, avanzar y
retroceder. Tiene una estructura de 4 interruptores ya sea por transistores o mecánicos y según estos estén apagados o encendidos esta será la dirección en la cual el motor va a girar. Un puente H no solo se usa para invertir el giro si no que también para frenarlo de manera brusca, al hacer una especie de corto en el motor o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia. Se pueden encontrar también en módulos arduinos los cuales facilitarán la tarea a la hora de realizar un puente H y la estructura de este también está hecho para ser trabajado con los arduinos. Comercialmente se encuentra con el nombre de L298N o también como un módulo controlador de motor, si no se llegase a encontrar como tal con el nombre de puente H.
Imagen: Ejemplo de un puente H Fuente: https://www.prometec.net/l298n/
Un circuito conocido como puente H nos permite manipular la dirección de la corriente eléctrica en uno o en otro sentido, esto se logra por medio de cuatro transistores o interruptores como se mencionó antes. Están ordenados de manera tal, que cuando necesitamos hacer girar el motor en una dirección, se activan dos; y cuando queremos hacer girar el motor en la otra dirección, activamos otros dos. Por la forma en que están distribuidos, es que se conoce como puente H, ya que se asemeja a esta letra (H).
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Imagen: Ejemplo de estructura de puente H Fuente: https://www.automatizacionparatodos.com/puente-h-arduino/
Si activamos los transistores Q1 y Q3, tendremos la trayectoria mostrada en la siguiente imagen, haciendo que la corriente eléctrica cruce en un sentido al motor.
Imagen: Ejemplo de funcionamiento de puente H Fuente: https://www.automatizacionparatodos.com/puente-h-arduino/
Si activamos los transistores Q2 y Q4, entonces tendremos una trayectoria en el sentido inverso a través del motor.
Imagen: Ejemplo de funcionamiento de puente H Fuente: https://www.automatizacionparatodos.com/puente-h-arduino/
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4.2 Optoacopladores Por: Lourdes Valle Según: ingmecafenix.com Un optoacoplador o también conocido como optoaislador es un interruptor que es activado mediante una luz infrarroja emitida por un diodo led hacia un fototransistor o cualquier otro dispositivo capaz de detectar los infrarrojos. Cuando esta luz es interrumpida o bloqueada por algún objeto el circuito se abre actuando como un interruptor abierto. El optoacoplador está compuesto por 2 elementos principales que son: un led infrarrojo y un elemento capaz de detectar la luz infrarroja como puede ser un fototransistor, un fototriac, fototransistor MOSFET, Fotodarlington, etcétera.
Imagen: Ejemplo de optoacoplador Fuente: https://www.ingmecafenix.com/electronica/optoacoplador/
A pesar de ser un dispositivo un poco complejo su funcionamiento es fácil de entender, ya que solo cuenta con un emisor y un receptor. El emisor es un led infrarrojo que manda un haz de luz hacia el receptor que normalmente es un fototransistor, cuando este dispositivo capta la señal actúa como un interruptor cerrado y cuando se interrumpe actúa como un interruptor abierto.
Imagen: Ejemplo de funcionamiento de un optoacoplador Fuente: https://www.ingmecafenix.com/electronica/optoacoplador/
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A pesar de ser un dispositivo un poco complejo su funcionamiento es fácil de entender, ya que solo cuenta con un emisor y un receptor. El emisor es un led infrarrojo que manda un haz de luz hacia el receptor que normalmente es un fototransistor, cuando este dispositivo capta la señal actúa como un interruptor cerrado y cuando se interrumpe actúa como un interruptor abierto.
4.3 Reles de estado sólido Por: Lourdes Valle Según: emb.cl Dentro del mundo de la electrónica, los relés son uno de los dispositivos que tienen mayor alcance dada la diversidad de aplicaciones en que son utilizados. Se puede definir el relé como un interruptor eléctrico que permite el paso de la corriente eléctrica cuando está cerrado e interrumpirla cuando está abierto, asemejándose por tanto al interruptor con que encendemos o apagamos una luz, pero lo relevante en este caso es que esto se acciona eléctricamente y no manualmente. El relé está compuesto de una bobina conectada a una corriente. Cuando la bobina se activa, produce un campo electromagnético que hace que el contacto del relé que está normalmente abierto se cierre y permita el paso de la corriente por un circuito. Por lo que comprendiendo el funcionamiento del relé por si solo se puede percibir el funcionamiento de un relé de estado sólido (en inglés “Solid State Relays” o SSR) realiza la misma función que los relés mecánicos, pero se diferencian de estos porque no tienen partes móviles. Los relés de estado sólido son dispositivos semiconductores con una velocidad de conmutación muy superior a la de los relés electromecánicos, del orden de los 50 a 100 milisegundos.
Imagen: Ejemplo de relé de estado sólido Fuente: https://mazcr.com/reles-de-estado-solido-y-arrancadores-tipo-tiristor/402028-releestado-solido-240v-75a-35-15-vdc-control-crydom.html
Una de las principales características de un relé de estado sólido es que entre la corriente del circuito de control y la corriente del circuito de potencia no existe ningún punto donde se conecten, se unan o interfieran una con la otra, ya que se encuentra
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aislado ópticamente, lo que es de suma importancia para independizar el circuito de control del de potencia. Este tipo de relés es usado generalmente para aplicaciones donde se requiere un uso continuo de los contactos y una rápida respuesta a la conmutación. Además, un relé de estado sólido puede conmutar altos amperajes; en el caso del relé electromecánico destruirían en poco tiempo los contactos. Se les puede encontrar en versiones monofásica y trifásica. La ventaja de estos relés es que protegen al circuito de estática, no tienen contacto ni rebote, y comparado con otros relés, tienen una mayor durabilidad.
Imagen: Ejemplo de relé de estado sólido Fuente: https://www.prometec.net/reles-de-estado-solido/
4.5 Motores Por Jefferson Velásquez Según transelec.com.ar Un motor eléctrico es una máquina capaz de convertir la energía eléctrica en mecánica. El motor es capaz de realizar esto gracias a la acción de los campos magnéticos que generan las bobinas que se encuentran dentro del motor.
Componentes principales: Estator: se trata de la parte fija de la parte rotativa. Es uno de los elementos fundamentales para transmitir la potencia en el caso de los motores eléctricos, Rotor: se trata de la parte que gira o rota dentro de una máquina eléctrica, ya sea un motor o un generador eléctrico. Consiste en un eje que soporta un juego de bobinas enrolladas sobre piezas polares estáticas. Conmutador: se trata de una especie de interruptor que se encuentra en algunos generadores y motores, y cuya función es cambiar periódicamente la dirección de la corriente entre el rotor y el circuito externo.
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Escobillas: en los motores o generadores eléctricos es preciso establecer una conexión fija entre la máquina con las bobinas del rotor. Para esto, se fijan dos anillos en el eje de giro, aislados de la electricidad del eje y conectados a la bobina rotatoria, a sus terminales.
Funcionamiento El magnetismo produce una fuerza física que mueve los objetos. En efecto, dependiendo de cómo se alinean los polos de un imán los mismos podrán atraerse o rechazarse. En los motores eléctricos se utiliza la energía eléctrica para crear campos magnéticos que se opongan entre sí, que se rechacen, de modo que hagan mover la parte giratoria, que es el rotor. El rotor se encuentra envuelto en un cableado denominado bobina, y su campo magnético es opuesto al de la parte estática del motor, que es el estator. Es este hecho el que hace que el rotor comience a girar. Pero, cuando los polos se alinean sucede que el motor se detendría. Para evitar esto, y que el motor continúe girando es necesario invertir la polaridad del electroimán, de lo cual se ocupa el alternador. La constante alternación y reversión de las polaridades positiva y negativa provoca que el motor continúe girando.
Imagen: parte interna de un motor Fuentes: https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico
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4.5.1 Motor DC Según factor.mx Sirve principalmente para transformar la energía eléctrica en energía mecánica. La mayoría de las formas de construcción del motor DC se basa en fu erzas magnéticas y dispone de mecanismos internos de tipo electrónico o electromecánico. A pesar de la creciente utilización de motores AC y de la gran rivalidad con ellos, que, como motores trifásicos, también se consideran electromotores, los motores DC todavía tienen una importancia enorme a día de hoy. Gracias a sus características, se utilizan en diversas aplicaciones industriales.
4.5.1.1 Funcionamiento Se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en el rotor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente o devanado. Si los polos del imán permanente o devanado y los polos del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético (par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje) en sentido a la forma que se encuentre conectado el motor al circuito o la pila.
4.5.1.2 Variaciones en el diseño del motor Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores bobinados o de imanes permanentes. Además, existen muchos tipos de motores especiales, como por ejemplo los motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a paso, que se fabrican utilizando un motor de corriente continua como base.
4.5.1.3 Motores de imán permanente Los motores de imán permanente tienen pocas ventajas de rendimiento frente a los motores síncronos de corriente continua de tipo excitado y han llegado a ser el predominante en las aplicaciones de potencia fraccionaria. Son más pequeños, más ligeros, más eficaces y fiables que otras máquinas eléctricas alimentadas individualmente.
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Imagen: Motor D.C Fuente: https://www.electronicasmd.com/productos/motores/dc/
4.5.2 Servo motor Según Cursosaula21.com Un servomotor es un actuador rotativo o motor que permite un control preciso en términos de posición angular, aceleración y velocidad, capacidades que un motor normal no tiene. En definitiva, utiliza un motor normal y lo combina con un sensor para la retroalimentación de posición. Pero, los servomotores no son en realidad una clase específica de motor, sino una combinación de piezas específicas, que incluyen un motor de corriente continua o alterna, y son adecuados para su uso en un sistema de control de bucle cerrado.
4.5.2.1 Cómo funciona un servomotor Los servomotores se controlan enviando un pulso eléctrico de ancho variable, o modulación de ancho de pulso (PWM), a través del cable de control. Hay un pulso mínimo, un pulso máximo y una frecuencia de repetición. Por lo general, un servomotor sólo puede girar 90° en cualquier dirección para un movimiento total de 180°. La posición neutra del motor se define como la posición en la que el servo tiene la misma cantidad de rotación potencial tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario. El servomotor espera ver un pulso cada 20 milisegundos (ms) y la longitud del pulso determinará hasta dónde gira el motor. Por ejemplo, un pulso de 1.5ms hará que el motor gire a la posición de 90°. Si el tiempo es inferior a 1,5 ms, se mueve en sentido contrario a las agujas del reloj hacia la posición de 0°, y si el tiempo es superior a 1,5 ms, el servo girará en sentido de las agujas del reloj hacia la posición de 180°.
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Cuando se les ordena a los servos que se muevan, estos se moverán a la posición y mantendrán esa posición. Si una fuerza externa empuja contra el servo mientras el servo mantiene una posición, el servo se resistirá a salir de esa posición. La cantidad máxima de fuerza que puede ejercer el servo se denomina par de torsión del servo. Sin embargo, los servos no mantendrán su posición para siempre; el pulso de posición debe repetirse para indicar al servo que se mantenga en posición.
Imagen: Partes de un servo motor Fuente: https://es-es.facebook.com/ROBOTEKNIA/posts/partes-de-unservomotor/10152112888173274/
4.5.3 Motor Stepper o Motor Paso a Paso Por: Gustavo Rafael Villagran Mérida
¿Qué es un motor paso a paso? Según ingmecfeniz.com un motor stepper es: Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de pulsos eléctricos en desplazamientos angulares, lo que significa que es capaz de girar una cantidad de grados (paso o medio paso) dependiendo de sus entradas de control. Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de 1.8°, Es por eso que
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ese tipo de motores son muy utilizados, ya que pueden moverse a deseo del usuario según la secuencia que se les indique a través de un microcontrolador. Estos motores poseen la habilidad de quedar enclavados en una posición si una o más de sus bobinas está energizada o bien total mente libres de corriente.
Imagen: Ejemplo de motor Stepper Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/motor-paso-apaso.jpg
Según mecatronicalatam.com un motor stepper es: Un motor a pasos es un motor de CD sin escobillas que puede ser de imán permanente o reluctancia variable que tiene como características de desempeño rotar en ambas direcciones, moverse con incrementos angulares precisos, sostener un torque de retención a velocidad cero y controlarse con circuitos digitales. El motor paso a paso es muy útil porque se puede posicionar con precisión sin ningún sensor de retroalimentación, por lo tanto, se puede representar como un controlador de circuito abierto. El número y tasa de los pulsos controla la posición y velocidad del eje del motor. Por lo general, los motores de pasos se fabrican con pasos por revolución de 12, 24, 72, 144, 180 y 200, lo que resulta en incrementos de eje de 30°, 15°, 2.5°, 2° y 1.8° por paso. A medida que activamos los bobinados del motor paso a paso en un orden en particular, permitimos que fluya una corriente a través de ellos que magnetiza el estator provocando polos electromagnéticos que causarán la propulsión del motor. Se pueden diseñar circuitos especiales de micropaso para permitir una mayor cantidad de pasos por revolución, con frecuencia 10 000 pasos/rev. o más.
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4.5.3.1 Principio de funcionamiento Según ingmecfeniz.com un motor stepper funciona como: El principio de funcionamiento está basado en un estator construido por varios bobinados en un material ferromagnético y un rotor que puede girar libremente en el estator. Estos diferentes bobinados son alimentados uno a continuación del otro y causan un determinado desplazamiento angular que se denomina “paso angular” y es la principal característica del motor.
4.5.3.2 Tipos de motores paso a paso Según ingmecfeniz.com los tipos de motores stepper son: Los motores de pasos pueden ser bipolares que requieren dos fuentes de poder o una fuente de poder de polaridad conmutable, o unipolares que requieren sólo una fuente de poder. Se impulsa mediante una fuente de corriente directa y requieren circuitos digitales para producir secuencias de energización de bobina para la rotación del motor. Los motores pasos a pasos se fabrican de 3 maneras: •
De reductancia variable
•
De imán permanente
•
Híbrido
4.5.3.3 Motor paso a paso de reductancia variable Cuentan con un rotor ferromagnético, el movimiento del motor paso a paso y su retención resulta de la atracción de los polos del estator y rotor a posiciones con mínima reluctancia magnética que permite el máximo flujo magnético. La ventaja de un motor paso a paso de reluctancia variable es que al tener una menor inercia de rotor provocará una respuesta dinámica más rápida. Este motor no utiliza un campo magnético permanente, como resultado puede moverse sin limitaciones o sin un par de parada. Este tipo de montaje es el menos común y se usa, generalmente, en aplicaciones que no requieren un alto grado de par de fuerza, como puede ser el posicionamiento de un mando de desplazamiento. Se desarrolló con objeto de poder conseguir unos desplazamientos angulares más reducidos que en el caso anterior, sin que por este motivo haya de aumentarse considerablemente el número de bobinados. El estator presentará la forma cilíndrica habitual conteniendo generalmente un total de tres devanados distribuidos de tal forma que existirá un ángulo de 120° aproximadamente entre dos de ellos. Si el estator del motor tiene tres bobinas conectadas, con un terminal común, a todas las bobinas, será probablemente un motor de reluctancia variable. El conductor
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común se conecta habitualmente al borne positivo y las bobinas son alimentadas siguiendo una secuencia consecutiva.
Imagen: Motor de reductancia variable, esquema del motor Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/paso-a-paso-300x125.gif
4.5.3.4 Motor paso a paso de imán permanente Existen dos tipos de motores de imán permanente que son los más utilizados en la robótica: Unipolares Bipolares
4.5.3.5 Unipolares Estos motores suelen tener 5 o 6 cables de salida dependiendo de su conexionado interno, suelen ser 4 cables por los cuales se recibe los pulsos que indican la secuencia y duración de los pasos y los restantes sirven como alimentación del motor. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar.
4.5.3.6 Para este tipo de motores existen 3 secuencias de manejo Secuencia normal Con esta secuencia el motor siempre avanza un paso por vez debido a que siempre existen 2 bobinas activadas, con esta secuencia se obtiene un alto torque de paso y retención
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Imagen: Esquema del funcionamiento de un motor de secuencia normal Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/motore30.gif
Secuencia Wave drive (paso completo) En esta secuencia se activa solo una bobina por vez, lo que ocasiona que el eje del motor gire hacia la bobina activa, En algunos motores esto brinda un funcionamiento más suave, pero en caso contrario el torque de paso y retención es menor.
Imagen: Esquema del funcionamiento de un motor de secuencia Wave drive Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/motore35.gif
Secuencia medio paso En esta secuencia se activan las bobinas de tal manera que se combinan las secuencias anteriores, el resultado que se obtiene es un paso más corto (la mitad del paso de las secuencias anteriores), primero se activan 2 bobinas y posterior mente solo 1 y así sucesivamente
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Imagen: Esquema del funcionamiento de un motor de secuencia medio paso Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/motore44.gif
4.5.3.6 Bipolares Este tipo de motores por lo general tienen 4 cables de salida, necesitan ciertas manipulaciones para poder ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento, es necesario un puente H por cada bobina del motor, es decir que para controlar un motor paso a paso de 4 cables (dos bobinas), se necesitan usar dos puentes H. Esto hace que la tarjeta controladora se vuelva más compleja y costosa. Su uso no es tan común como en el caso de los de tipo unipolar.
Imagen: Motor de tipo bipolar Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/paso-a-paso-bipolar.gif
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4.5.3.6.1 Secuencia para manejarlo Como se dijo, estos motores requieren de la inversión de la corriente que circula por sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, El sentido de giro está determinado por la secuencia seguida.
Imagen 1: Tabla de verdad de la secuencia para manejar un motor stepper bipolar Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/paso-a-paso-bipolar.gif
Imagen 2: Esquema del funcionamiento por medio de la tabla de verdad de un motor stepper bipolar, Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wpcontent/uploads/2017/04/f96a3c30dddd275eb7480ed53155ac92.gif
4.5.3.6.2 Motor paso a paso híbrido La expresión Motor paso a paso híbrido se refiere a un motor eléctrico del tipo paso a paso, cuyo funcionamiento se basa en la combinación de los otros dos tipos de motores paso a paso, el Motor de reluctancia variable y el motor de magnetización permanente.
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Imagen: Motor stepper hibrido. Fuente: https://www.ingmecafenix.com/wp-content/uploads/2017/04/paso-a-paso-hibrido300x257.jpg
Es una combinación del motor paso a paso de reluctancia variable e imán permanente, tiene un rotor de imán permanente y un estator dentado. El rotor cuenta con dos secciones que son opuestas en polaridad y sus dientes están desplazados.
4.5.3.6.3 Tipos de torques en un motor Stepper Según mecatrónicalatam.com los tipos de torques en un motor stepper son los siguientes: A continuación, se mencionan los diferentes torques que son importantes a considerar para el diseño de nuestro proyecto, es recomendar verificar las especificaciones de cada motor para hacer la comparativa. Los motores chinos es recomendable hacer pruebas ya que posiblemente no nos den lo que indica..
4.5.3.7 Control de motor paso a paso Según mecatrónicalatam.com el control de un motor stepper es que: Existen diferentes formas de configurar nuestros motores stepper esto para obtener una característica deseada, normalmente se busca que tenga una mejor resolución. Para explicar cada configuración vamos a considerar un motor con 4 bobinas (motor bipolar).
Bobina simple El método de bobina simple o conocido en inglés como “Wave Drive” consiste en activar una bobina a la vez, como el motor tiene 4 bobinas se concluye que el rotor realizará el ciclo completo en 4 pasos. •
Par menor.
•
Consumo bajo.
•
ABA'B'
•
Paso completo
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El método de bobina simple o conocido en inglés como “Full Step Drive” consiste en tener activado siempre 2 bobinas en un momento dado, al tener 2 bobinas activas aumentamos el flujo de corriente por lo tanto el par de salida de nuestro motor paso a paso es mucho más alto. Lamentablemente al utilizar está configuración no se ve afectada la resolución y por lo tanto el rotor nuevamente realizará un ciclo completo en 4 pasos. •
Par máximo.
•
Buena velocidad.
•
Alto consumo.
•
ABA'B'
Medio paso El método de medio paso o conocido en inglés como “Half Step Drive” consiste en tener activado 2 bobinas, posteriormente pasa a una bobina y nuevamente se repite a 2 bobinas activas. Con esta configuración se obtiene el doble de resolución, ahora el rotor realizará un ciclo completo en 8 pasos. •
Movimiento suave y lento.
•
Consumo y par intermedio.
•
Buena resolución
•
ABA'B'
Micropasos El método de micropasos o conocido en inglés como “Microstepping” es el más utilizado en la actualidad para el control de los motores paso a paso, consiste en proporcionar una corriente que es variable y controlada formando en la bobina una media onda senoidal. Al tener la configuración de micropasos se obtiene un movimiento suave del rotor, aumentará la precisión del motor paso a paso y disminuye el consumo. •
Movimiento suave
•
Menor consumo
•
Muy buena resolución
Nota: Otra forma de aumentar la resolución del motor paso a paso es aumentar los números de polos del rotor y los números de polos del estator. Dependiendo de la configuración seleccionada es recomendable en la programación definir un array.
Mejor control de motor paso a paso La retroalimentación no siempre es requerida para su control, pero el uso de un sensor de posición puede asegurar la precisión cuando es crucial su control exacto. La ventaja de operar sin retroalimentación es que no requiere un sistema de control de lazo cerrado.
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Formas de conectar un motor paso a paso Motor a pasos bipolar de 4 cables o hilos
La forma de representación de un motor bipolar es mediante la salida de 4 cables correspondiente a 2 bobinas, en la realidad internamente el motor paso a paso tiene una gran cantidad de bobinados. Para identificar los cables que corresponde a cada bobina se pueden identificar de diferentes maneras: Identificar mediante un multímetro: Para eso debemos poner nuestro multímetro en continuidad, debemos hacer las mediciones correspondientes y hacer una anotación de los colores correspondiente a cada cable que marcan continuidad. Identificar mediante un LED: Al girar el motor paso a paso con nuestra mano y tener dos cables conectados al led, se concluye que al encender el led se indica la continuidad de nuestra bobina. Identificar mediante los cables del motor paso a paso: Al unir los cables de una bobina que corresponde podremos observar que al girar el motor tendremos que aplicar mayor fuerza para poder mover, si las bobinas no corresponden entonces la fuerza aplicada permanece igual. La forma de conectar sería el cable A del motor a la salida 1A de la tarjeta de control, el cable C a la salida 1B de la tarjeta de control, el cable B a la salida 2A de la tarjeta de control y el cable D a la salida 2B de control.
Motor a pasos bipolar de 5 cables o hilos Básicamente es un motor paso a paso unipolar de 6 cables con la diferencia que las conexiones centrales se encuentran unidas.
Motor a pasos bipolar de 6 cables o hilos La forma de representación es mediante la salida de 6 cables correspondiente a los 4 bobinados del diagrama representativo, en la realidad internamente el motor paso a paso tiene una gran cantidad de bobinados. Para identificar los cables que corresponde a cada bobina se pueden identificar de diferentes maneras: •
Identificar mediante un multímetro: Primeramente vamos a poner nuestro multímetro en continuidad para identificar los 3 cables que corresponden a un bobinado,
correspondiente
al
diagrama
representativo.
Después de identificar los 3 cables vamos a utilizar un óhmetro para medir la resistencia eléctrica, como resultado debemos obtener que la resistencia de los extremos corresponde a 2R(A → C y B →D) y la resistencia de un extremo a la terminal central o cable central corresponde a R(A→A', C→A', B→ B' y D→ B'). Para convertir un motor de 6 cables a otra configuración se sigue lo siguiente:
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•
Convertir motor unipolar de 6 cables a bipolar: Para convertir el motor paso a paso de
unipolar
a
bipolar
primeramente
debemos
identificar
los
cables
correspondientes y posteriormente se debe descartar los cables centrales (No deben conectarse). •
Convertir motor unipolar de 6 cables a unipolar de 5 cables: Para esto es necesario juntar el cableado central y obtendremos nuestro motor paso a paso unipolar de 5 cables.
4.6 Protocolos de Transmisión de Datos Por: Gustavo Rafael Villagran Mérida Los utilizamos prácticamente todos los días, aunque la mayoría de los usuarios no lo sepan, ni conozcan su funcionamiento.
¿Que son los protocolos de transmisión de datos? Según tokioschool.com los protocolos de transmisión de datos son: En el ámbito de la informática y de las telecomunicaciones, llamamos protocolo al sistema de normas que regulan la comunicación entre dos o más sistemas que se transmiten información a través de diversos medios físicos. Afirmamos, entonces, que los protocolos son lenguajes o códigos de comunicación entre sistemas informáticos, definidos en base a una sintaxis, una semántica y una sincronización, así como de métodos de recuperación de errores. La misión de los protocolos
informáticos es
lograr
que
varios
sistemas
informáticos
comunicarse de manera eficaz y ordenada, y que hablen el mismo idioma.
Imagen: Ejemplo del protocolo de transmisión de datos. Fuente: https://www.muycomputer.com/wp-
content/uploads/2013/01/transmisiondatos.jpg Según kionetworks.com los protocolos de transmisión son:
puedan
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La interconexión de sistemas o redes de computadoras son la base de las comunicaciones hoy
en día y
están diseñadas
bajo
múltiples protocolos de
comunicación. Por ejemplo, existen muchos protocolos al establecer una conexión a internet y según el tipo que se necesite establecer, dichos protocolos van a variar. Además, la comunicación a internet no es el único tipo de comunicación cuando hablamos de transmisión de datos e intercambio de mensajes en redes. En todos los casos, los protocolos de red definen las características de la conexión. Un protocolo es un conjunto de reglas: los protocolos de red son estándares y políticas formales, conformados por restricciones, procedimientos y formatos que definen el intercambio de paquetes de información para lograr la comunicación entre dos servidores o más dispositivos a través de una red. Los protocolos de red incluyen mecanismos para que los dispositivos se identifiquen y establezcan conexiones entre sí, así como reglas de formato que especifican cómo se forman los paquetes y los datos en los mensajes enviados y recibidos. Algunos protocolos admiten el reconocimiento de mensajes y la compresión de datos diseñados para una comunicación de red confiable de alto rendimiento.
Imagen: Red de conexión de un protocolo de transmisión de datos. Fuente: https://cdn.goconqr.com/uploads/node/image/70354737/fc5f7527-bb18-4596-9a0af539b584db7b.png
4.6.1 Tipos de protocolos de red Según kionetworks.com los tipos de protocolos son: Los protocolos para la transmisión de datos en internet más importantes son TCP (Protocolo de Control de Transmisión) e IP (Protocolo de Internet). De manera conjunta (TCP/IP) podemos enlazar los dispositivos que acceden a la red, algunos otros protocolos de comunicación asociados a internet son POP, SMTP y HTTP.
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Los utilizamos prácticamente todos los días, aunque la mayoría de los usuarios no lo sepan ni conozcan su funcionamiento. Estos protocolos permiten la transmisión de datos desde nuestros dispositivos para navegar a través de los sitios, enviar correos electrónicos, escuchar música online, etc.
4.6.1.1 Existen varios tipos de protocolos de red: Protocolos
de
comunicación
de
red:
protocolos
de
comunicación
de paquetes básicos como TCP / IP y HTTP.
4.6.1.2 Protocolos de seguridad de red: implementan la seguridad en las comunicaciones de red entre servidores, incluye HTTPS, SSL y SFTP.
4.6.1.3 Protocolos de gestión de red: proporcionan mantenimiento y gobierno de red, incluyen SNMP e ICMP. Un grupo de protocolos de red que trabajan juntos en los niveles superior e inferior comúnmente se les denomina familia de protocolos. El modelo OSI (Open System Interconnection) organiza conceptualmente a las familias de protocolos de red en capas de red específicas. Este Sistema de Interconexión Abierto tiene por objetivo establecer un contexto en el cual basar las arquitecturas de comunicación entre diferentes sistemas. A continuación listamos algunos de los protocolos de red más conocidos, según las capas del modelo OSI: •
Protocolos de la capa 1 - Capa física
→ USB: Universal Serial Bus → Ethernet: Ethernet physical layer → DSL: Digital subscriber line → Etherloop: Combinación de Ethernet and DSL → Infrared: Infrared radiation → Frame Relay → SDH: Jerarquía digital síncrona → SONET: Red óptica sincronizada
•
Protocolos de la capa 2 - Enlace de datos
→ DCAP: Protocolo de acceso del cliente de la conmutación de la transmisión de datos → FDDI: Interfaz de distribución de datos en fibra → HDLC: Control de enlace de datos de alto nivel → LAPD: Protocolo de acceso de enlace para los canales → PPP: Protocolo punto a punto → STP (Spanning Tree Protocol): protocolo del árbol esparcido
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→ VTP VLAN: trunking virtual protocol para LAN virtual → MPLS: Conmutación multiprotocolo de la etiqueta
•
Protocolos de la capa 3 - Red
→ ARP: Protocolo de resolución de direcciones → BGP: Protocolo de frontera de entrada → ICMP: Protocolo de mensaje de control de Internet → IPv4: Protocolo de internet versión 4 → IPv6: Protocolo de internet versión 6 → IPX: Red interna del intercambio del paquete → OSPF: Abrir la trayectoria más corta primero → RARP: Protocolo de resolución de direcciones inverso
•
Protocolos de la capa 4 - Transporte
→ IL: Convertido originalmente como capa de transporte para 9P → SPX: Intercambio ordenado del paquete → SCTP: Protocolo de la transmisión del control de la corriente → TCP: Protocolo del control de la transmisión → UDP: Protocolo de datagramas de usuario → iSCSI: Interfaz de sistema de computadora pequeña de Internet iSCSI → DCCP: Protocolo de control de congestión de datagramas
•
Protocolos de la capa 5 - Sesión
→ NFS: Red de sistema de archivos → SMB: Bloque del mensaje del servidor → RPC: Llamada a procedimiento remoto → SDP: Protocolo directo de sockets → SMB: Bloque de mensajes del servidor → SMPP: Mensaje corto punto a punto → Protocolos de la capa 6- Presentación → TLS: Seguridad de la capa de transporte → SSL: Capa de conexión segura → XDR: Extenal data representation → MIME: Multipurpose Internet Mail Extensions → Protocolos de la capa 7 - Aplicación → DHCP: Protocolo de configuración dinámica de host → DNS: Domain Name System → HTTP: Protocolo de transferencia de hipertexto → HTTPS: Protocolo de transferencia de hipertexto seguro
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→ POP3: Protocolo de oficina de correo → SMTP: protocolo de transferencia simple de correo → Telnet: Protocolo de telecomunicaciones de red
4.6.2 ¿Cómo se transmiten los datos? Según tokioschool.com los datos se transmiten en: La dirección en la que circulan los datos también permite diferenciar los protocolos de red entre sí. Los protocolos con transferencia unidireccional sólo admiten la comunicación unilateral, en la cual un ordenador funciona únicamente como emisor y el otro como receptor, en la transmisión ambos ordenadores intercambian los roles de emisor y receptor pero no simultáneamente y, por último, el modo dúplex completo permite el envío de datos en ambas direcciones simultáneamente.
4.6.3 Jerarquía Según tokioschool.com la jerarquía de conexión hace que: Existan tipos de conexión que se basan en unas estructuras jerárquicas claramente definidas. En la comunicación asimétrica varios clientes pueden iniciar la conexión con un único servidor, el cual procesa las solicitudes. La forma opuesta, la simétrica, también denominada red entre iguales o peer to peer, permite que todos los ordenadores están en igualdad de condiciones y pueden proporcionar servicios y utilizarlos.
4.6.4 Tipo de conexión Según tokioschool.com el tipo de conexión es que: Los protocolos de red se pueden dividir en aquellos orientados a la conexión y aquellos que no lo están. Los primeros requieren una conexión entre emisor y receptor durante la transmisión e intentan garantizar que los paquetes lleguen a su destino en un orden determinado y que, en caso de entrega fallida, se envíen nuevamente. Los protocolos de red que no están orientados a la conexión, por el contrario, no establecen ni interrumpen una conexión, por lo que los paquetes que se envían contienen bastante menos información adicional, y no se vuelven a enviar en caso de una transmisión fallida.
4.6.5 Sistemas de Entrada de Datos y Visualización Por: Gustavo Rafael Villagran Mérida
Sistema de Entrada de Datos La entrada de datos se considera un proceso no esencial para la mayoría de las organizaciones y normalmente se realiza en formularios de datos tales como hojas de cálculo, documentos manuscritos o escaneados, audio o video. La Adición, modificación y supresión son los tres modos de operación en la entrada de datos.
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Según tecnologías-informacion.com el sistema de entrada de datos es que: Los trabajos de entrada de datos no requieren ninguna calificación especial, conocimiento o talento, y sólo requieren precisión y rapidez de respuesta. Como tal, los trabajos de entrada de datos son frecuentemente subcontratados con el fin de reducir los costos. Las computadoras también se utilizan en la entrada automatizada de datos, ya que son muy precisas y pueden programarse para buscar y transcribir datos en el medio requerido. Los datos con clave precisan son la base sobre la cual la organización puede realizar análisis y hacer planes. La introducción manual de datos requiere a menudo buena concentración y concentración durante un largo período de tiempo, y esto puede resultar un desafío físico y mental para los trabajadores que ingresan datos.
4.5.6 ¿Qué son los sistemas de entrada de datos? Según uv.mx los sistemas de entrada de datos son un: Proceso mediante el cual el SI toma los datos que requiere para procesar la información. Las entradas pueden ser manuales o automáticas. Las unidades típicas de entrada de datos a las computadoras son las estaciones de trabajo, los dispositivos de almacenamiento, lector de código de barras, los escáners, la voz, los monitores sensibles al tacto, teclado y mouse entre otras.
Imagen: Ejemplificación de los sistemas de entrada de datos Fuente: https://www.tecnologias-informacion.com/proces.jpg
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4.5.7 Qué es la entrada de datos Según tecnologías-informacion.com la entrada de datos es el: Es el almacenamiento de texto y números de un documento en un sistema electrónico. Se puede lograr mediante un software informático avanzado o de forma manual, dependiendo del tipo de documento. Los formularios y encuestas pueden variar de básicos a detallados y solicitarán comentarios breves o respuestas extensas. Todavía se consideran los procesos manuales porque hay documentos que requieren escritura a mano y los métodos de procesamiento automatizado no son buenos en este sentido. En su lugar, se requiere la entrada de datos manual, que es más costosa y requiere más tiempo que el software automatizado.
4.5.8 ¿Qué es la captura de datos? Según tecnologías-informacion.com la captura de datos es que son: Es muy similar a la entrada de datos pero se usa para patrones de respuestas muy básicas. Nos referimos a patrones de respuestas “sí” o “no” y opciones de burbujas que se procesan mediante la captura de datos automatizada. Esto deja por fuera las respuestas impresas porque no todo el software automatizado está equipado para manejar la escritura a mano. Una vez que el software extrae los datos, puede exportarlos a una hoja de cálculo u otra solución de indexación donde se pueden almacenar, compartir, etc. Este método se utiliza para obtener tiempos de respuesta más rápidos; además los costos son más bajos por la naturaleza automatizada del servicio.
4.5.8.1 ¿Qué servicio elegir? Antes de elegir entre la entrada de datos y la captura de datos, considera los siguientes factores y responde a las siguientes preguntas con exactitud: Estilo de la información: ¿los datos son numéricos, escritos a mano o una combinación de ambos? → Volumen: ¿Cuál es el tamaño del conjunto de datos? → Recuperación de datos: ¿Se recopilarán las respuestas a través de un sistema electrónico o una copia impresa? → Indexación preferida: ¿Los requisitos de indexación son mínimos o extensos? → Estructura de datos: ¿El formato de los datos cambia o permanece idéntico? → Tiempo de respuesta / recursos disponibles: ¿Tu empresa necesita datos rápidamente? ¿Tienes el tiempo y la mano de obra para hacerlo internamente?
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Compara las respuestas a estas preguntas con las características que mencionamos en las respectivas definiciones y encontrarás el modelo perfecto de manejo de datos para tu empresa. Por ejemplo, si buscas rapidez a bajo costo, puedes optar por la captura de datos; pero si lo datos que manejas son muy dispares y muchos de ellos incluyen escritura a mano, la mejor alternativa de servicio puede ser la entrada de datos, y así sucesivamente.
4.5.8.2 Sistemas de Visualización ¿Qué son los sistemas de Visualización? Según pce-iberica.com los sistemas de visualización son: De forma análoga a los antiguos registradores gráficos en papel, los sistemas de visualización registran magnitudes físicas en procesos industriales o aplicaciones de laboratorio durante un período prolongado. La ventaja de los sistemas de visualizacion digitales es su alta flexibilidad. Por mencionar algunas ventajas: más canales de entrada, un registro simplificado y una escala digital de señales de corriente y tensión. Los sistemas de visualización están construidos con frecuencia de forma modular. En diferentes ranuras puede introducir diferentes tarjetas. Estas ofrecen diferentes combinaciones de entradas y salidas o interfaces digitales. Así es posible componer un sistema de visualización específico para el usuario. Se maneja a través de teclas en la parte posterior, o a través de una pantalla táctil. Como medio de almacenaje para una copia de seguridad de datos se usan por ejemplo, conectores USB o también tarjetas CF. A través de interfaces digitales puede transferir los datos directamente al PC.
Imagen: Pantalla que ejemplifica los sistemas de Visualización Fuente: https://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/images/sistemas-
visualizacion-foto-princi.jpg
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La visualización de datos es la representación gráfica de información y datos. Al utilizar elementos visuales como cuadros, gráficos y mapas, las herramientas de visualización de datos proporcionan una manera accesible de ver y comprender tendencias, valores atípicos y patrones en los datos.
4.5.8.3 ¿Qué es la visualización de datos? Según tecnologías-información.com la visualización de datos es: La visualización de datos es la presentación de datos en un formato pictórico o gráfico. Permite a los tomadores de decisiones ver los análisis presentados visualmente, para que puedan captar conceptos difíciles o identificar nuevos patrones. Con la visualización interactiva, puede tomar el concepto un paso más allá mediante el uso de la tecnología para profundizar en gráficos y gráficos para obtener más detalles, interactivamente cambiar los datos que vea y cómo se procesa. La visualización de datos describe la presentación de la información abstracta en forma gráfica. Permite detectar patrones, tendencias y correlaciones que de otro modo podrían pasar desapercibidos en los informes, tablas o hojas de cálculo tradicionales. Se utiliza como medio para entregar informes visuales a los usuarios para el rendimiento, las operaciones o las estadísticas generales de una aplicación, red, hardware o prácticamente cualquier activo de TI. La visualización de datos se logra típicamente extrayendo datos del sistema de TI subyacente. Estos datos son generalmente en forma de números, estadísticas y actividad general. Los datos se procesan utilizando software de visualización de datos y se muestran en el tablero de mandos del sistema. Generalmente se hace para ayudar a los administradores de TI a obtener información rápida, visual y fácil de entender sobre el rendimiento del sistema subyacente. La mayoría de las aplicaciones de supervisión de rendimiento de TI utilizan técnicas de visualización de datos para proporcionar información estadística sobre el rendimiento del sistema supervisado.
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Imagen: Ejemplo de la visualización de datos por medio de un collage
Fuente: https://www.tecnologias-informacion.com/viz.jpg
4.5.8.4 ¿Por qué es importante la visualización de datos? Según tecnologías-información.com la importancia de la visualización de datos es que: Debido a la forma en que el cerebro humano procesa la información, utilizar gráficos para visualizar grandes cantidades de datos complejos es más fácil que examinar las hojas de cálculo o los informes. La visualización de datos es una manera rápida y fácil de transmitir conceptos de una manera universal - y puede experimentar con diferentes escenarios haciendo pequeños ajustes. La visualización de datos también puede: → Identificar las áreas que necesitan atención o mejora. → Aclarar qué factores influyen en el comportamiento del cliente. → Ayuda a entender qué productos colocar en dónde. → Predecir volúmenes de ventas.
Las bases para la visualización de datos Antes de implementar la nueva tecnología, hay algunos pasos que usted necesita tomar. No sólo necesita tener una sólida comprensión de sus datos, sino que también necesita entender sus metas, necesidades y audiencia. Primero necesita: ▪
Comprender los datos que está intentando visualizar, incluyendo su tamaño y cardinalidad.
▪
Determine qué está intentando visualizar y qué tipo de información desea comunicar.
▪
Conozca a su audiencia y comprenda cómo procesa la información visual.
▪
Utilice un visual que transmita la información en la mejor y más simple forma para su audiencia.
4.5.8.5 Visualización de datos y Big Data
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Con la llegada de Big Data existen grandes oportunidades, pero muchas empresas minoristas se enfrentan al desafío de encontrar valor en su inversión en big data. Por ejemplo, ¿Cómo pueden usar big data para mejorar las relaciones con los clientes? ¿Cómo y en qué medida deberían invertir en big data? La visualización de datos ayuda a representar datos que no son útiles en forma cruda, lo que es de particular ayuda para las grandes bases de datos. Le ofrece a los empresarios gráficos y visualizaciones de analíticas útiles para predecir y auditar procesos de negocios. Usualmente se requiere el desarrollo de un dashboard de negocios para la representación de estas visualizacion
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E-GRAFÍA 1.10 circuito paralelo https://electronicaonline.net/circuito-electrico/circuito-en-paralelo/ 1.11 y 1.12 circuito delta y circuito estrella https://www.ehowenespanol.com/solucionar-problemas-lineas-verticales-ven-camaraseguridad-como_240341/ https://hive.blog/hive-196387/@lorenzor/circuito-delta-estrella Leyes de kirkchhoff https://es.khanacademy.org/science/physics/circuits-topic/circuits-resistance/a/eekirchhoffs-laws ley de mallas https://electricistas.cl/ley-de-mallas-o-ley-de-voltaje-de-kirchhoff/ ley de nodos https://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_nodos Teorema de superposició, google.com, consultado el 29 de marzo de 2022. Disponible en: https://sites.google.com/site/analisisdecircuitosupaep/analisis-senoidalen-estado-estable/2-3-teorema-de-superposi ¿Qué es el teorema de superposición?, unigal.mx, consultado el 29 de marzo de 2022. Disponible
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